Университетът Xi'an Jiaotong постигна нов напредък в дизайна на евтини, високоякостни и здрави титанови сплави

Университетът Xi'an Jiaotong постигна нов напредък в проектирането на евтини, високоякостни и здрави титанови сплави

Титановата сплав с висока специфична якост е важен структурен материал за пестене на енергия, намаляване на емисиите и леко тегло. Неговите макроскопични механични свойства могат да бъдат оптимизирани чрез регулиране на характеристиките на плътността и пространственото разпределение на границите на зърната (GBs) и извънфазовите интерфейси (PBs). Например, регулирането на структурата и характеристиките на / фазовия интерфейс с прекъсната решетка в титанови сплави може значително да подобри механичните свойства на сплавта. За титанови сплави, в допълнение към дифузионния (→) фазов преход, PBs с висока плътност могат също да бъдат въведени в титановата сплав чрез прехода без дифузия на изместване ( → ') при условия на бързо охлаждане. Мартензитният фазов преход в титанови сплави може да реализира две ключови предимства: от една страна, фазовият преход се задвижва от бързо охлаждане ( термичната стабилност на високотемпературната фаза е намалена), за да се изгради двуфазна микроструктура и да се получи междинно втвърдяване; от друга страна, фазовият преход, предизвикан от сила (механичната стабилност на фазата при стайна температура е намалена), обикновено се проявява като по-ниска граница на провлачване, но по-висок капацитет на работно втвърдяване и удължение при счупване, тоест фазовият преход предизвиква пластичност ефект. Най-общо казано, мартензитното укрепване съответства на класическата зависимост на Хол-Петч. Поради това е желателно да се проектират нано-мартензити в микроструктурата, за да се укрепи сплавта и да се поддържа разумна пластичност, като по този начин се получат отлични механични свойства. Въпреки това, тъй като по-големите зърна с размер от десетки или дори стотици микрони в титановите сплави са склонни да се образуват мартензитни листове на микронно и субмикронно ниво, плътността на фазовия интерфейс е ниска и границата на провлачване не е висока. Следователно използването на инженерство на границите на зърната (GBE) за конструиране на здрави титанови сплави с висока якост с фина микроструктура е все още предизвикателство .

С оглед на горните проблеми, екипът на академик Sun Jun, Държавна ключова лаборатория за якост на метални материали, Xi'an Jiaotong University, предложи нова стратегия за производство на нано-мартензити, използвайки инженерство на химически интерфейс (CBE), което е различно от инженерство на границите на зърната, което използва традиционни методи за термомеханична обработка в миналото. Въз основа на идеята за проектиране, че значителното несъответствие на дифузия между легиращите елементи при високи температури може да изгради химически интерфейс с висока плътност (CBs, дефиниран като прекъсване на концентрационния градиент на при най-малко един елемент в непрекъсната област на решетката), екипът взема предвид разликата в скоростта на дифузия на различните легиращи елементи в матриците BCC-Ti и HCP-Ti и избира евтиния елемент с бърза дифузия Cr и бавния -дифузионен елемент Al, използвайки Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 тегловни процента) Като моделен материал сплавта регулира плътността на хим l интерфейс през елемента за бърза дифузия Cr. Дифузионното несъответствие на Cr и Al елементи при висока температура образува CBs с висока плътност, които могат да разделят всяко зърно на голям брой бедни на Cr и богати на Al нанодомейни. последващ процес на водно охлаждане, мартензитът (структурна трансформация) е по-вероятно да се зароди в тези богати на Al или бедни на Cr нанодомейни, тоест тези богати на Al или бедни на Cr нанодомейни служат като нано-мартензитни ядрени места, докато химическият интерфейс служи като бариера за растежа на мартензита, ограничавайки неговия бърз растеж. Въз основа на концепцията CBE, екипът успешно създаде най-малкия нано-мартензит до момента в Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Al сплав (средният размер е 20±6nm, както е показано на фигура 1). В същото време титановата сплав има най-ниска цена, най-висока специфична якост и отлична здрава пластмаса съвпадение на всички материали от мартензитна титанова сплав, докладвани понастоящем (както е показано на фигура 2), и има добри перспективи за приложение ts. Стратегията за проектиране на химически интерфейс, предложена от екипа, преодолява ограниченията на оригиналната концепция за проектиране на състава на микроструктурата/сплавта и метода за термомеханична обработка на титанова сплав и предоставя нови идеи за проектиране на високопроизводителни усъвършенствани титанови сплави и други метали структурни материали с подобни характеристики. Структурни материали.

Микроструктура и разпределение на състава на многостепенна нано-мартензитна сплав Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al след водно охлаждане

Механични свойства на многостепенна нано-мартензитна сплав Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al при стайна температура след водно охлаждане и въздушно охлаждане