Universiti Xi'an Jiaotong Telah Mencapai Kemajuan Baru dalam Reka Bentuk Aloi Titanium Kos Rendah, Berkekuatan Tinggi dan Tegar

Universiti Xi'an Jiaotong telah mencapai kemajuan baharu dalam reka bentuk aloi titanium kos rendah, kekuatan tinggi dan lasak

Aloi titanium kekuatan khusus tinggi ialah bahan struktur penting untuk penjimatan tenaga, pengurangan pelepasan dan ringan. Sifat mekanikal makroskopiknya boleh dioptimumkan dengan melaraskan ciri ketumpatan dan taburan ruang bagi sempadan butiran (GB) dan antara muka luar fasa (PB). Sebagai contoh, mengawal selia struktur dan ciri antara muka / fasa dengan kekisi tak selanjar dalam aloi titanium boleh meningkatkan sifat mekanikal aloi dengan ketara. Bagi aloi titanium, sebagai tambahan kepada peralihan fasa resapan ( → ), PB berketumpatan tinggi juga boleh dimasukkan ke dalam aloi titanium melalui peralihan anjakan bukan resapan ( → ') di bawah keadaan penyejukan yang cepat. Peralihan fasa martensitik dalam aloi titanium boleh merealisasikan dua kelebihan utama: pada satu tangan, peralihan fasa didorong oleh penyejukan pantas ( kestabilan haba fasa suhu tinggi dikurangkan) untuk membina struktur mikro dwifasa dan menghasilkan pengerasan antara muka; sebaliknya, peralihan fasa yang disebabkan oleh daya (kestabilan mekanikal fasa suhu bilik berkurangan), biasanya ditunjukkan sebagai kekuatan hasil yang lebih rendah, tetapi kapasiti pengerasan kerja yang lebih tinggi dan pemanjangan patah, iaitu, peralihan fasa mendorong keplastikan. kesan.Secara umumnya, pengukuhan martensit mematuhi hubungan Hall-Petch klasik. Oleh itu, adalah wajar untuk mereka bentuk nano-martensitik dalam struktur mikro untuk mengukuhkan aloi dan mengekalkan kemuluran yang munasabah, dengan itu memperoleh sifat mekanikal yang sangat baik. Walau bagaimanapun, kerana butiran yang lebih besar dengan saiz puluhan atau bahkan ratusan mikron dalam aloi titanium cenderung untuk membentuk helaian martensit aras mikron dan aras submikron, ketumpatan antara muka fasa adalah rendah dan kekuatan hasil tidak tinggi. Oleh itu, penggunaan kejuruteraan sempadan butiran (GBE) untuk membina aloi titanium tegar berkekuatan tinggi dengan struktur mikro halus masih menjadi cabaran .

Memandangkan masalah di atas, pasukan Ahli Akademik Sun Jun, Makmal Utama Kekuatan Bahan Logam Negeri, Universiti Xi'an Jiaotong, mencadangkan strategi baharu untuk pembuatan nano-martensit menggunakan Kejuruteraan antara muka kimia (CBE), yang berbeza daripada kejuruteraan sempadan bijian yang menggunakan kaedah pemprosesan termomekanikal tradisional pada masa lalu. Berdasarkan idea reka bentuk bahawa ketidakpadanan resapan yang ketara antara unsur mengaloi pada suhu tinggi boleh membina antara muka kimia berketumpatan tinggi (CB, ditakrifkan sebagai ketakselanjaran kecerunan kepekatan pada sekurang-kurangnya satu elemen dalam kawasan selanjar kekisi), pasukan mempertimbangkan perbezaan dalam kadar resapan unsur mengaloi yang berbeza dalam matriks BCC-Ti dan HCP-Ti, dan memilih unsur resapan cepat kos rendah Cr dan unsur perlahan -elemen resapan Al, menggunakan Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2.3, 2.8 wt. peratus ) Sebagai bahan model, aloi mengawal ketumpatan kimia l antara muka melalui unsur resapan pantas Cr. Ketakpadanan resapan unsur Cr dan Al pada suhu tinggi membentuk CB berketumpatan tinggi, yang boleh membahagikan setiap butir kepada sebilangan besar domain nano Cr-miskin dan kaya Al. Dalam proses penyejukan air seterusnya, martensit (transformasi struktur) lebih berkemungkinan untuk nukleus dalam domain nano Al-rich atau Cr-poor ini, iaitu, domain nano Al-rich atau Cr-poor ini berfungsi sebagai tapak nuklear nano-martensit, manakala antara muka kimia berfungsi sebagai penghalang kepada pertumbuhan martensit, mengehadkan pertumbuhan pesatnya. Berdasarkan konsep CBE, pasukan berjaya mencipta nano-martensit terkecil setakat ini dalam Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Aloi Al (saiz purata ialah 20±6nm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1). Pada masa yang sama, aloi titanium mempunyai kos terendah, kekuatan spesifik tertinggi dan plastik kuat yang sangat baik. padanan semua bahan aloi titanium martensit yang dilaporkan pada masa ini (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2), dan mempunyai prospek aplikasi yang baik ts.Strategi reka bentuk kejuruteraan antara muka kimia yang dicadangkan oleh pasukan menembusi batasan konsep reka bentuk komposisi mikrostruktur/aloi asal dan kaedah pemprosesan termomekanikal aloi titanium, dan menyediakan idea baharu untuk reka bentuk aloi titanium termaju berprestasi tinggi dan logam lain. bahan struktur yang mempunyai ciri yang sama. Bahan struktur.

Pengagihan struktur mikro dan komposisi nano-martensitik Ti berbilang peringkat-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Aloi Al selepas penyejukan air

Sifat mekanikal nano-martensitik Ti berbilang peringkat-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Aloi Al pada suhu bilik selepas penyejukan air dan penyejukan udara