Izomorfiniai β{0}}stabilizatoriai: lankstumo ir gilaus kietėjimo skatinimo priemonės
Izomorfiniai β-stabilizatoriai turi titano BCC kristalų struktūrą ir visiškai tirpsta kietose medžiagose β- fazėje. Šie elementai-Mo, V, Nb, Ta, W-sudaro α+β ir β-titano lydinių pagrindą.
3.1 Vanadis: Ti-6Al-4V partneris
V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% pasaulio titano suvartojimo. 4 masės % V priedai pakankamai nuslopina β-transusą, kad kambario temperatūroje susidarytų dvi-fazės mikrostruktūros su maždaug 10–50 % β-fazės.
V teikia keletą svarbių funkcijų:
β sulaikymas: leidžia valdyti mikrostruktūrą termiškai apdorojant
Stiprumas be trapumo: Skirtingai nuo tarpinio sutvirtinimo, V išlaiko lankstumą ir prisideda prie kieto tirpalo stiprinimo
Gaminamas: dviejų{0}}fazių mikrostruktūra užtikrina optimalų karštojo apdirbimo ir galutinių mechaninių savybių balansą
3.2 Molibdenas: galingiausias β-stabilizatorius
Mo yra maždaug dvigubai efektyvesnis už V stabilizuojant β- fazę, kiekybiškai įvertinant pagal molibdeno ekvivalentiškumo koncepciją ([Mo]eq). Kiekvienas 1 masės % Mo suteikia β- stabilizavimo galią, lygią maždaug 2 masės % V.
Fazių valdymas: lydiniuose, tokiuose kaip Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0,2Si (naudojamas didelio stiprumo aviacijos ir kosmoso tvirtinimo detalėms), Mo užtikrina visišką β sulaikymą gesinant, o po to kontroliuojamas α nusodinimas senstant.
Atsparumas korozijai: Mo priedai padidina pasyvumą mažinant rūgštinę aplinką. Ti-Mo lydiniai sudaro pasyvias plėveles, kuriose yra MoO3, sumaišyto su TiO₂, todėl HCl tirpalai yra stabilesni, palyginti su nelegiruotu titanu.
Naujausi pasiekimai: Zhang ir kt. parodė, kad lydiniai, kurių sudėtyje yra Mo- su kontroliuojamais N priedais, pasižymi išskirtinėmis savybėmis dėl nevienalyčių lamelių struktūrų. Jų Ti-2,8Cr-4,5Zr-5,2Al-0,4N lydinys pasiekė 1532 MPa takumo ribą ir 10,2 % vienodą pailgėjimą, todėl jis buvo vienas geriausių titano lydinių derinių.
3.3 Niobis ir tantalas: biologiškai suderinami stabilizatoriai
Nb ir Ta įgijo svarbą biomedicinoje, kur ilgalaikis{0}}biologinis suderinamumas yra būtinas. Skirtingai nuo V, kuris kelia susirūpinimą dėl citotoksiškumo, Nb ir Ta yra fiziologiškai inertiški .
Žemo modulio konstrukcija: Nb papildymai leidžia naudoti β-titano lydinius, kurių tamprumo modulis mažesnis nei 50 GPa-, artėjant prie kaulo 10–30 GPa ir daug mažesnio nei 110 GPa Ti-6Al-4V. Šio metodo pavyzdys yra Ti-35Nb-7Zr-5Ta lydiniai, derinant Nb su Zr ir Ta, kad sumažintų ortopedinių implantų apsaugą nuo įtempių.
Pasyviosios plėvelės pagerinimas: Nb ir Ta oksidai įsijungia į paviršinę pasyvią plėvelę, padidindami jos stabilumą ir atsparumą korozijai. Chlorido -turinčioje aplinkoje Nb-modifikuotos pasyviosios plėvelės pasižymi mažesniu taškų defektų tankiu ir padidintu atsparumu vietiniam gedimui.
3.4 Volframas: aukštas{1}}temperatūrinis atsparumas oksidacijai
Naujausi Gautier ir kt. sisteminiai tyrimai. ištyrė W, Ta ir Hf priedus, skirtus naudoti aukštoje temperatūroje. Po 5000 valandų ekspozicijos 650 ° C temperatūroje W parodė ryškiausią oksidacijos kinetikos sumažėjimą.
Mechanizmas: W skatina Ti₂N susidarymą oksido ir metalo sąsajoje, sukurdamas azoto{0}} turtingą sluoksnį, kuris sumažina deguonies tirpimą biriame lydinyje. Trečias Ti-10Al-2W (at%) lydinys pranoko komercinį aukštos temperatūros lydinį Ti6242S atsparumu oksidacijai.
Nuolaida-: W yra tankus (19,3 g/cm³), o dideli priedai panaikina titano tankio pranašumą. Iššūkis yra nustatyti mažiausią koncentraciją (paprastai<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.
Eutektoidiniai β-stabilizatoriai: ekonomiškas-efektyvus stiprinimas
Eutektoidus-sudarantys elementai-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-taip pat slopina β-transusą, bet skiriasi nuo izomorfinių stabilizatorių savo gebėjimu sudaryti tarpmetalinius junginius eutektoidinio skilimo metu.
4.1 Geležis: mažų-kaštų stabilizavimas
Fe yra stiprus ir nebrangus β-stabilizatorius. Jo greitas difuzijos greitis leidžia greitai reaguoti į terminį apdorojimą, bet taip pat skatina segregaciją kietėjimo metu. Lydinius, kurių sudėtyje yra fe-, reikia kruopščiai apdoroti, kad būtų išvengta β-dėmėjimų-sodrinto β-stabilizatoriaus lokalizuotų sričių, kurios sukuria ne-vienodas mechanines savybes.
4.2 Silicis: atsparumas aukštai{1}}temperatūrai
0,1–0,5 masės % Si priedai yra standartiniai beveik -α aukštos- temperatūros lydiniuose (pvz., Ti-6242S, IMI 834). Si suteikia du privalumus:
Kieto tirpalo stiprinimas: Si tirpale trukdo dislokacijos kilimui aukštesnėje temperatūroje
Silicidų nusodinimas: smulkus (Ti,Zr)₅Si₃ nusodina smeigtukų grūdelių ribas ir sub{0}}ribas, sulėtindamas valkšnumo deformaciją
Naujausias Gautier ir kt. darbas. patvirtino, kad Si, kartu su ugniai atspariais elementais, suteikia sinergetinį patobulinimą tiek valkšnumo, tiek atsparumo oksidacijai 600–650 ° C temperatūroje.
Neutralūs elementai: mikrostruktūros rafinuotojai
Zr, Hf ir Sn daro minimalią įtaką β-transus temperatūrai, tačiau užtikrina reikšmingą kieto tirpalo stiprinimą tiek α, tiek β fazėse.
5.1 Cirkonis: visiško tirpumo partneris
Zr yra visiškai maišomas su Ti tiek α, tiek β fazėse -unikali savybė, atsirandanti dėl jų pozicijų periodinės lentelės IVB grupėje. Šis visiškas tirpumas leidžia:
Stiprinimas be fazės nestabilumo: Zr priedai padidina stiprumą naudojant kieto tirpalo mechanizmus, nekeičiant fazių balanso, supaprastinant lydinio dizainą.
Korozijos stiprinimas: jūrinėje aplinkoje Zr{0}}sudėtieji lydiniai sudaro stabilesnes pasyvias plėveles. ZrO₂ patenka į TiO₂ sluoksnį, sumažindamas laisvų deguonies koncentraciją ir padidindamas atsparumą chlorido poveikiui.
Naujausi atradimai: Ti575 lydinių (Ti-5Al-7,5V-0,5Si) tyrimai, kuriuose lyginami Mo ir Zr priedai, parodė, kad nors Zr suteikia mažiau α nei Mo, jis skatina silicidų nusodinimą, sumažindamas branduolio susidarymo barjerus .
5,2 skardos
Sn sustiprina kietą tirpalą, žymiai nekeičiant fazės stabilumo. Aukštos temperatūros lydiniuose (Ti-6242, Ti-1100) Sn prisideda prie atsparumo šliaužimui dėl kieto tirpalo poveikio ir modifikuodamas silicido nusodinimo elgesį.
Tęsiama...
