Ал, В, Нб, Та… Атлас партнера са више елемената од легура титанијума: како 60+ елементи постижу перформансе на-прилагођавање на захтев?(Ⅱ)

Изоморфни β-стабилизатори деле БЦЦ кристалну структуру титанијума и показују потпуну чврсту растворљивост у β-фази. Ови елементи-Мо, В, Нб, Та, В- чине окосницу α+β и β- легура титанијума.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% светске потрошње титанијума. В додаци од 4 теж.% умањују β-трансус довољно да омогуће двофазне микроструктуре- са приближно 10–50% β-фазе на собној температури.

В пружа неколико критичних функција:

β задржавање: Омогућава микроструктурну контролу кроз термичку обраду

Чврстоћа без кртости: За разлику од интерстицијалног ојачања, В одржава дуктилност док доприноси јачању чврстог раствора

Могућност израде: Двофазна микроструктура{0}} нуди оптималну равнотежу обрадивости на врућу и коначних механичких својстава

Мо је приближно двоструко ефикаснији од В у стабилизацији β-фазе, квантификовано кроз концепт еквиваленције молибдена ([Мо]ек). Сваки 1 теж% Мо обезбеђује β- стабилизацијску снагу која је еквивалентна приближно 2 теж.% В.

Контрола фазе: У легурама као што је Ти-15Мо-3Ал-2.7Нб-0.2Си (користи се за причвршћиваче за ваздухопловство високе чврстоће), Мо омогућава потпуно β-ретенцију при гашењу, праћено контролисаним таложењем α током старења.

Отпорност на корозију: Мо додаци повећавају пасивност у смањењу киселих средина. Ти-Мо легуре формирају пасивне филмове који садрже МоО₃ помешан са ТиО₂, обезбеђујући супериорну стабилност у растворима ХЦл у поређењу са нелегираним титанијумом.

Недавна достигнућа: Зханг ет ал. показао да легуре које садрже Мо- са контролисаним додацима Н постижу изузетна својства кроз хетерогене ламелне структуре. Њихова легура Ти-2.8Цр-4.5Зр-5.2Ал-0.4Н постигла је границу течења од 1532 МПа са равномерним издужењем од 10,2%, чиме је била међу најбољим комбинацијама пријављеним за легуре титанијума.

Нб и Та су постали истакнути у биомедицинским апликацијама где је дугорочна{0}}биокомпатибилност од суштинског значаја. За разлику од В, који изазива забринутост због цитотоксичности, Нб и Та су физиолошки инертни.

Дизајн ниског модула: додаци Нб омогућавају легуре титанијума β- са модулима еластичности испод 50 ГПа- који се приближавају 10–30 ГПа кости и далеко испод 110 ГПа Ти-6Ал-4В. Легуре Ти-35Нб-7Зр-5Та представљају пример овог приступа, комбинујући Нб са Зр и Та да би се смањила заштита од напрезања у ортопедским имплантатима.

Побољшање пасивног филма: Нб и Та оксиди се уграђују у површински пасивни филм, повећавајући његову стабилност и отпорност на корозију. У окружењима која садрже хлорид-, пасивни филмови модификовани Нб- показују смањену густину тачака дефеката и повећану отпорност на локализовани квар.

Недавне систематске студије Гаутиера ет ал. испитао В, Та и Хф додатке за апликације на високим{1}}има. После 5000 х излагања на 650°Ц на ваздуху, В је показао најизраженије смањење кинетике оксидације.

Механизам: В подстиче формирање Ти₂Н на интерфејсу оксид/метал, стварајући слој богат-азотом који смањује растварање кисеоника у масу легуре. Трострука легура Ти-10Ал-2В (ат%) надмашила је комерцијалну високотемпературну легуру Ти6242С у отпорности на оксидацију.

Компромис{0}}: В је густ (19,3 г/цм³), а тешки додаци негирају предност у густини титанијума. Изазов лежи у идентификовању минималних концентрација (обично<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Еутектоидни-формирајући елементи-Фе, Цр, Ни, Цу, Си-такође потискују β-трансус, али се разликују од изоморфних стабилизатора по својој способности да формирају интерметална једињења кроз еутектоидну разградњу.
 

Фе је моћан и јефтин β-стабилизатор. Његова брза брзина дифузије омогућава брз одговор на топлотну обраду, али такође промовише сегрегацију током очвршћавања. Легуре које садрже Фе- захтевају пажљиву обраду како би се избегла β-искапања-локализованих региона обогаћеног β-стабилизатора који производе не-уједначене механичке особине.
 

Додаци Си од 0,1–0,5 теж.% су стандардни у легурама близу -α високе-легура (нпр. Ти-6242С, ИМИ 834). Си даје две предности:

Ојачање чврстог раствора: Си у раствору спречава пењање дислокације на повишеним температурама

Таложење силицида: Фини (Ти,Зр)₅Си₃ таложи границе зрна и под-границе, успоравајући деформацију пузања

Недавни рад Гаутиера ет ал. потврдио је да Си, у комбинацији са ватросталним елементима, обезбеђује синергистичка побољшања у отпорности на пузање и оксидацију на 600–650°Ц.
 

Зр, Хф и Сн имају минималан утицај на β-трансус температуру, али обезбеђују значајно јачање чврстог раствора у α и β фази.

Зр се потпуно меша са Ти у α и β фази-јединствена карактеристика која произилази из њихових позиција у Групи ИВБ периодног система. Ова потпуна растворљивост омогућава:

Јачање без фазне нестабилности: додаци Зр повећавају снагу кроз механизме чврстог раствора без промене равнотеже фаза, поједностављујући дизајн легуре.

Побољшање корозије: У морским срединама, легуре које садрже Зр{0}} формирају стабилније пасивне филмове. ЗрО₂ се уграђује у слој ТиО₂, смањујући концентрацију слободних места кисеоника и повећавајући отпорност на напад хлорида.

Недавни налази: Студије на легурама Ти575 (Ти-5Ал-7.5В-0.5Си) упоређујући додатке Мо и Зр показале су да иако Зр обезбеђује мање α рафинације од Мо, он промовише таложење силицида смањењем нуклеационих баријера.

Сн обезбеђује јачање чврстог раствора без значајног мењања фазне стабилности. У високотемпературним легурама (Ти-6242, Ти-1100), Сн доприноси отпорности на пузање кроз ефекте чврстог раствора и модификујући понашање преципитације силицида.

   Наставља се...

Контактирајте сада