La Universitat Xi'an Jiaotong ha fet nous avenços en el disseny d'aliatges de titani de baix cost, d'alta resistència i resistents

La Universitat Xi'an Jiaotong ha fet nous avenços en el disseny d'aliatges de titani de baix cost, d'alta resistència i resistents

L'aliatge de titani d'alta resistència específica és un material estructural important per a l'estalvi d'energia, la reducció d'emissions i el pes lleuger. Les seves propietats mecàniques macroscòpiques es poden optimitzar ajustant la densitat i les característiques de distribució espacial dels límits de gra (GB) i interfícies fora de fase (PB). Per exemple, la regulació de l'estructura i les característiques de la interfície / fase amb gelosia discontínua en aliatges de titani pot millorar significativament les propietats mecàniques de l'aliatge. Per als aliatges de titani, a més de la transició de fase de difusió (→), els PB d'alta densitat també poden introduir-se a l'aliatge de titani mitjançant la transició de desplaçament sense difusió (→ ') en condicions de refredament ràpid. es redueix l'estabilitat tèrmica de la fase d'alta temperatura) per construir una microestructura bifàsica i produir un enduriment interfacial; d'altra banda, la transició de fase induïda per la força (es redueix l'estabilitat mecànica de la fase a temperatura ambient), generalment es manifesta com un límit elàstic més baix, però una major capacitat d'enduriment i allargament de fractura, és a dir, la transició de fase indueix plasticitat. efecte. En termes generals, l'enfortiment martensític s'ajusta a la relació clàssica de Hall-Petch. Per tant, és desitjable dissenyar nanomartensitics a la microestructura per enfortir l'aliatge i mantenir una ductilitat raonable, obtenint així excel·lents propietats mecàniques. No obstant això, ja que els grans més grans amb una mida de desenes o fins i tot centenars de micres en aliatges de titani tendeixen a formar-se. làmines martensítiques de nivell de micres i submicrons, la densitat de la interfície de fase és baixa i la resistència a la fluència no és alta. Per tant, l'ús de l'enginyeria de límits de gra (GBE) per construir aliatges de titani resistents d'alta resistència amb una microestructura fina encara és un repte. .

Tenint en compte els problemes anteriors, l'equip de l'acadèmic Sun Jun, Laboratori Clau Estatal de Resistència de Materials Metal·lics de la Universitat Xi'an Jiaotong, va proposar una nova estratègia per a la fabricació de nanomartensites mitjançant l'Enginyeria d'interfície química (CBE), que és diferent de la Enginyeria de límits de gra que utilitzava mètodes tradicionals de processament termomecànic en el passat. Basat en la idea de disseny que l'important desajust de difusió entre els elements d'aliatge a altes temperatures pot construir una interfície química d'alta densitat (CB, definida com la discontinuïtat del gradient de concentració de almenys un element en una àrea contínua de la gelosia), l'equip considera la diferència en la velocitat de difusió dels diferents elements d'aliatge a les matrius BCC-Ti i HCP-Ti i selecciona l'element de difusió ràpida de baix cost Cr i l'element lenta. -element de difusió Al, utilitzant Ti-xCr-4.5 Zr{-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 per cent en pes ) Com a material model, l'aliatge regula la densitat de la química l interfície a través de l'element de difusió ràpida Cr. El desajust de difusió dels elements Cr i Al a alta temperatura forma un CB d'alta densitat, que pot dividir cada gra en un gran nombre de nanodominis pobres en Cr i rics en Al. procés de refredament d'aigua posterior, és més probable que la martensita (transformació estructural) es nuclei en aquests nanodominis rics en Al o pobres en Cr, és a dir, aquests nanodominis rics en Al o pobres en Cr serveixen com a llocs nuclears de nanomartensita. mentre que la interfície química serveix com a barrera per al creixement de la martensita, limitant-ne el ràpid creixement. Basant-se en el concepte CBE, l'equip va crear amb èxit el nanomartensític més petit fins ara al Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Aliatge d'Al (la mida mitjana és de 20 ± 6 nm, tal com es mostra a la figura 1). Al mateix temps, l'aliatge de titani té el cost més baix, la resistència específica més alta i un plàstic resistent excel·lent coincidència de tots els materials d'aliatge de titani martensític actualment reportats (com es mostra a la figura 2) i té una bona perspectiva d'aplicació ts.L'estratègia de disseny d'enginyeria d'interfície química proposada per l'equip trenca amb les limitacions del concepte original de disseny de composició de microestructura/aliatge i mètode de processament termomecànic de l'aliatge de titani, i ofereix noves idees per al disseny d'aliatges de titani avançats d'alt rendiment i altres metalls. materials estructurals amb característiques similars. Materials estructurals.

Distribució de la microestructura i la composició de l'aliatge nanomartensític multinivell Ti-2.8 Cr{-4.5 Zr{{-5.2 Al després del refredament per aigua

Propietats mecàniques de l'aliatge nanomartensític multinivell Ti-2.8 Cr{-4.5 Zr{-5.2 Al a temperatura ambient després del refredament per aigua i refrigeració per aire