Die Xi'an Jiaotong University hat neue Fortschritte bei der Entwicklung von kostengünstigen, hochfesten und zähen Titanlegierungen erzielt

Die Xi'an Jiaotong University hat neue Fortschritte bei der Entwicklung von kostengünstigen, hochfesten und zähen Titanlegierungen erzielt

Eine Titanlegierung mit hoher spezifischer Festigkeit ist ein wichtiges Konstruktionsmaterial für Energieeinsparung, Emissionsreduzierung und Leichtbau. Seine makroskopischen mechanischen Eigenschaften können optimiert werden, indem die Dichte und die räumlichen Verteilungseigenschaften von Korngrenzen (GBs) und phasenverschobenen Grenzflächen (PBs) angepasst werden. Beispielsweise kann die Regulierung der Struktur und der Eigenschaften der /Phasen-Grenzfläche mit diskontinuierlichem Gitter in Titanlegierungen die mechanischen Eigenschaften der Legierung erheblich verbessern. Bei Titanlegierungen können zusätzlich zum Diffusions-(→)-Phasenübergang auch PBs mit hoher Dichte dies tun durch den Nicht-Diffusions-Verdrängungs-Übergang ( → ') unter schnellen Abkühlungsbedingungen in die Titanlegierung eingebracht werden. Der martensitische Phasenübergang in Titanlegierungen kann zwei entscheidende Vorteile realisieren: Einerseits wird der Phasenübergang durch schnelles Abkühlen angetrieben (das die thermische Stabilität der Hochtemperaturphase wird verringert), um eine zweiphasige Mikrostruktur aufzubauen und eine Grenzflächenhärtung zu erzeugen; andererseits der gewaltsam herbeigeführte Phasenübergang (die mechanische Stabilität der Raumtemperaturphase wird herabgesetzt), der sich meist in einer geringeren Streckgrenze, aber einer höheren Kaltverfestigungsfähigkeit und Bruchdehnung äußert, d. h. der Phasenübergang induziert Plastizität Effekt. Im Allgemeinen entspricht die martensitische Verfestigung der klassischen Hall-Petch-Beziehung. Daher ist es wünschenswert, Nano-Martensitik in der Mikrostruktur zu entwerfen, um die Legierung zu stärken und eine angemessene Duktilität beizubehalten, wodurch hervorragende mechanische Eigenschaften erhalten werden. Da sich jedoch die größeren Körner mit einer Größe von zehn oder sogar hundert Mikrometern in Titanlegierungen bilden Bei martensitischen Blechen im Mikrometer- und Submikrometerbereich ist die Phasengrenzflächendichte gering und die Streckgrenze nicht hoch. Daher ist die Verwendung von Korngrenzentechnik (GBE) zur Konstruktion hochfester zäher Titanlegierungen mit feiner Mikrostruktur immer noch eine Herausforderung .

Angesichts der oben genannten Probleme schlug das Team von Akademiker Sun Jun vom State Key Laboratory of Metal Materials Strength der Xi'an Jiaotong University eine neue Strategie zur Herstellung von Nano-Martensiten unter Verwendung von Chemical Interface Engineering (CBE) vor, die sich von der unterscheidet Korngrenzen-Engineering, das in der Vergangenheit traditionelle thermomechanische Verarbeitungsmethoden verwendete. Basierend auf der Designidee, dass die signifikante Diffusionsfehlanpassung zwischen Legierungselementen bei hohen Temperaturen eine hochdichte chemische Grenzfläche (CBs, definiert als die Diskontinuität des Konzentrationsgradienten von at mindestens ein Element in einem zusammenhängenden Bereich des Gitters), berücksichtigt das Team den Unterschied in der Diffusionsgeschwindigkeit verschiedener Legierungselemente in den BCC-Ti- und HCP-Ti-Matrizen und wählt das kostengünstige, schnell diffundierende Element Cr und das langsame aus -Diffusionselement Al, unter Verwendung von Ti-xCr-4,5 Zr-5,2 Al (x=1,8, 2,3, 2,8 Gew.-%) Als Modellmaterial regelt die Legierung die Dichte der Chemika l-Grenzfläche durch das schnelle Diffusionselement Cr. Die Diffusionsfehlanpassung von Cr- und Al-Elementen bei hoher Temperatur bildet CBs mit hoher Dichte, die jedes Korn in eine große Anzahl von Cr-armen und Al-reichen Nanodomänen aufteilen können Beim anschließenden Kühlprozess mit Wasser bildet Martensit (Strukturumwandlung) eher Keime in diesen Al-reichen oder Cr-armen Nanodomänen, d. h. diese Al-reichen oder Cr-armen Nanodomänen dienen als Nano-Martensit-Kernstellen. während die chemische Grenzfläche als Barriere für das Wachstum von Martensit dient und sein schnelles Wachstum begrenzt. Basierend auf dem CBE-Konzept hat das Team erfolgreich das bisher kleinste Nano-Martensit in Ti-2.8 Cr{{32) hergestellt }}.5 Zr-5.2 Al-Legierung (die durchschnittliche Größe beträgt 20 ± 6 nm, wie in Abbildung 1 gezeigt). Gleichzeitig hat die Titanlegierung die niedrigsten Kosten, die höchste spezifische Festigkeit und einen hervorragenden festen Kunststoff Übereinstimmung mit allen derzeit gemeldeten martensitischen Titanlegierungsmaterialien (wie in Abbildung 2 gezeigt) und hat gute Anwendungsaussichten ts.Die vom Team vorgeschlagene Entwurfsstrategie für die chemische Grenzflächentechnik durchbricht die Beschränkungen des ursprünglichen Entwurfskonzepts für Mikrostruktur/Legierungszusammensetzung und der thermomechanischen Verarbeitungsmethode von Titanlegierungen und liefert neue Ideen für das Design von hochleistungsfähigen fortschrittlichen Titanlegierungen und anderen Metallen Strukturmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften. Strukturmaterialien.

Mikrostruktur- und Zusammensetzungsverteilung einer mehrstufigen nanomartensitischen Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-Legierung nach Wasserkühlung

Mechanische Eigenschaften einer mehrschichtigen Nanomartensitischen Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al-Legierung bei Raumtemperatur nach Wasserkühlung und Luftkühlung