A Universidade de Xi'an Jiaotong fez novos progressos no projeto de ligas de titânio de baixo custo, alta resistência e resistência

A Universidade de Xi'an Jiaotong fez novos progressos no design de ligas de titânio resistentes, de baixo custo e alta resistência

A liga de titânio de alta resistência específica é um importante material estrutural para economia de energia, redução de emissões e leveza. Suas propriedades mecânicas macroscópicas podem ser otimizadas ajustando as características de densidade e distribuição espacial dos contornos de grão (GBs) e interfaces fora de fase (PBs). Por exemplo, regular a estrutura e as características da interface / fase com rede descontínua em ligas de titânio pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas da liga. Para ligas de titânio, além da difusão ( → ) transição de fase, PBs de alta densidade também podem ser introduzido na liga de titânio através da transição de deslocamento de não difusão ( → ') sob condições de resfriamento rápido. A transição de fase martensítica em ligas de titânio pode realizar duas vantagens principais: por um lado, a transição de fase é conduzida por resfriamento rápido estabilidade térmica da fase de alta temperatura é reduzida) para construir uma microestrutura bifásica e produzir endurecimento interfacial; por outro lado, a transição de fase induzida por força (a estabilidade mecânica da fase de temperatura ambiente é reduzida), geralmente se manifesta como um menor limite de escoamento, mas uma maior capacidade de encruamento e alongamento de fratura, ou seja, a transição de fase induz plasticidade efeito. De um modo geral, o reforço martensítico está em conformidade com a relação clássica de Hall-Petch. Portanto, é desejável projetar nanomartensíticos na microestrutura para fortalecer a liga e manter uma ductilidade razoável, obtendo assim excelentes propriedades mecânicas. folhas martensíticas de nível mícron e submícron, a densidade da interface de fase é baixa e o limite de elasticidade não é alto. Portanto, o uso da engenharia de limite de grão (GBE) para construir ligas de titânio resistentes de alta resistência com microestrutura fina ainda é um desafio .

Tendo em vista os problemas acima, a equipe do acadêmico Sun Jun, State Key Laboratory of Metal Materials Strength, Xi'an Jiaotong University, propôs uma nova estratégia para a fabricação de nano-martensitas usando a engenharia de interface química (CBE), que é diferente da engenharia de contorno de grão que usava métodos tradicionais de processamento termomecânico no passado. Com base na ideia de projeto de que a incompatibilidade de difusão significativa entre elementos de liga em altas temperaturas pode construir uma interface química de alta densidade (CBs, definida como a descontinuidade do gradiente de concentração de em menos um elemento em uma área contínua da rede), a equipe considera a diferença na taxa de difusão de diferentes elementos de liga nas matrizes BCC-Ti e HCP-Ti e seleciona o elemento de difusão rápida de baixo custo Cr e o elemento de difusão lenta - elemento de difusão Al, usando Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2,3, 2,8 por cento em peso) Como material modelo, a liga regula a densidade da química l interface através do elemento de difusão rápida Cr.A incompatibilidade de difusão dos elementos Cr e Al em alta temperatura forma um CBs de alta densidade, que pode dividir cada grão em um grande número de nanodomínios pobres em Cr e ricos em Al.No subsequente processo de resfriamento com água, a martensita (transformação estrutural) tem maior probabilidade de nuclear nesses nanodomínios ricos em Al ou pobres em Cr, ou seja, esses nanodomínios ricos em Al ou pobres em Cr servem como locais nucleares de nanomartensita, enquanto a interface química serve como uma barreira para o crescimento da martensita, limitando seu rápido crescimento. Com base no conceito CBE, a equipe criou com sucesso o menor nanomartensítico até hoje no Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Liga de Al (o tamanho médio é 20±6nm, conforme mostrado na Figura 1).Ao mesmo tempo, a liga de titânio tem o menor custo, maior resistência específica e excelente plástico forte combinação de todos os materiais de liga de titânio martensítico atualmente relatados (como mostrado na Figura 2) e tem boas perspectivas de aplicação ts. A estratégia de projeto de engenharia de interface química proposta pela equipe rompe as limitações do conceito original de projeto de composição de microestrutura/liga e método de processamento termomecânico de liga de titânio e fornece novas ideias para o projeto de ligas de titânio avançadas de alto desempenho e outros metais materiais estruturais com características semelhantes. Materiais estruturais.

Distribuição da microestrutura e composição da liga nanomartensítica multinível Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al após resfriamento com água

Propriedades mecânicas da liga nanomartensítica multinível Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al à temperatura ambiente após resfriamento com água e resfriamento com ar