Xi'an Jiaotong University har gjort nye fremskridt i designet af billige, højstyrke og hårde titaniumlegeringer

Xi'an Jiaotong University har gjort nye fremskridt inden for design af billige, højstyrke og hårde titanlegeringer

Titaniumlegering med høj specifik styrke er et vigtigt strukturelt materiale til energibesparelse, emissionsreduktion og letvægt. Dens makroskopiske mekaniske egenskaber kan optimeres ved at justere tætheden og den rumlige fordelingskarakteristika for korngrænser (GB'er) og udfasegrænseflader (PB'er). For eksempel kan regulering af strukturen og karakteristika af /-fase-grænsefladen med diskontinuerligt gitter i titanlegeringer forbedre legeringens mekaniske egenskaber væsentligt. For titanlegeringer kan, udover diffusions (→) faseovergangen, PB'er med høj densitet også indføres i titanlegeringen gennem ikke-diffusionsforskydningsovergangen ( → ') under hurtige afkølingsforhold. Den martensitiske faseovergang i titanlegeringer kan realisere to vigtige fordele: På den ene side er faseovergangen drevet af hurtig afkøling (den termisk stabilitet af højtemperaturfasen reduceres) for at konstruere en bifasisk mikrostruktur og frembringe grænsefladehærdning; på den anden side, faseovergangen induceret af kraft (den mekaniske stabilitet af stuetemperaturfasen er reduceret), normalt manifesteret som en lavere flydespænding, men en højere arbejdshærdningsevne og brudforlængelse, dvs. faseovergangen inducerer plasticitet effekt.Generelt er martensitisk styrkelse i overensstemmelse med det klassiske Hall-Petch-forhold. Derfor er det ønskeligt at designe nano-martensitics i mikrostrukturen for at styrke legeringen og opretholde en rimelig duktilitet og derved opnå fremragende mekaniske egenskaber. Men da de større korn med en størrelse på ti eller endda hundredvis af mikron i titanlegeringer har tendens til at dannes mikron-niveau og submikron-niveau martensitiske plader, fasegrænsefladetætheden er lav, og flydespændingen er ikke høj. Derfor er brugen af ​​korngrænseteknik (GBE) til at konstruere højstyrke seje titanlegeringer med fin mikrostruktur stadig en udfordring .

I lyset af ovenstående problemer foreslog teamet af akademiker Sun Jun, State Key Laboratory of Metal Materials Strength, Xi'an Jiaotong University, en ny strategi til fremstilling af nano-martensitter ved hjælp af kemisk interface Engineering (CBE), som er forskellig fra korngrænseteknik, der tidligere brugte traditionelle termomekaniske bearbejdningsmetoder. Baseret på designideen om, at det betydelige diffusionsmisforhold mellem legeringselementer ved høje temperaturer kan konstruere en kemisk grænseflade med høj densitet (CB'er, defineret som diskontinuiteten af ​​koncentrationsgradienten på kl. mindst ét ​​element i et kontinuerligt område af gitteret), overvejer holdet forskellen i diffusionshastigheden af ​​forskellige legeringselementer i BCC-Ti- og HCP-Ti-matricerne og vælger det billige hurtigdiffusionselement Cr og det langsomme -diffusionselement Al, ved hjælp af Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 vægtprocent ) Som modelmateriale regulerer legeringen densiteten af ​​kemikaliet l grænseflade gennem det hurtige diffusionselement Cr. Diffusionsmismatchet af Cr- og Al-elementer ved høj temperatur danner CB'er med høj densitet, som kan opdele hvert korn i et stort antal Cr-fattige og Al-rige nano-domæner. efterfølgende vandkølingsproces, er det mere sandsynligt, at martensit (strukturel transformation) kernedannelse i disse Al-rige eller Cr-fattige nano-domæner, det vil sige, at disse Al-rige eller Cr-fattige nano-domæner tjener som nano-martensit nukleare steder, mens den kemiske grænseflade tjener som en barriere for væksten af ​​martensit, hvilket begrænser dens hurtige vækst. Baseret på CBE-konceptet skabte teamet med succes den hidtil mindste nano-martensit i Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Al-legering (gennemsnitsstørrelsen er 20±6nm, som vist i figur 1). Samtidig har titanlegeringen de laveste omkostninger, højeste specifik styrke og fremragende stærk plast matchning af alle martensitiske titanlegeringsmaterialer, der i øjeblikket rapporteres (som vist i figur 2), og har gode anvendelsesmuligheder ts.Den kemiske interface engineering design strategi foreslået af teamet bryder igennem begrænsningerne af det oprindelige designkoncept for mikrostruktur/legering sammensætning og termomekaniske behandlingsmetode af titanlegering og giver nye ideer til design af højtydende avancerede titanlegeringer og andet metal strukturelle materialer med lignende egenskaber. Strukturelle materialer.

Mikrostruktur og sammensætningsfordeling af multi-level nano-martensitisk Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-legering efter vandkøling

Mekaniske egenskaber af multi-level nano-martensitisk Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-legering ved stuetemperatur efter vandkøling og luftkøling