Al, V, Nb, Ta… Vairāki-Titāna sakausējumu elementu partneru atlants: kā 60+ elementi nodrošina veiktspēju pēc-pielāgošanas pieprasījuma? (Ⅱ)

Izomorfajiem β-stabilizatoriem ir līdzīga titāna BCC kristāla struktūra, un tiem ir pilnīga cieto vielu šķīdība β- fāzē. Šie elementi-Mo, V, Nb, Ta, W-veido α+β un β-titāna sakausējumu mugurkaulu.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% no pasaules titāna patēriņa. 4 masas % V piedevas pietiekami nomāc β-transusu, lai istabas temperatūrā nodrošinātu divu-fāžu mikrostruktūras ar aptuveni 10–50% β-fāzi.

V nodrošina vairākas svarīgas funkcijas:

β aizture: nodrošina mikrostruktūras kontroli, izmantojot termisko apstrādi

Stiprums bez trausluma: atšķirībā no intersticiālajiem stiprinājumiem, V saglabā elastību, vienlaikus veicinot cietā šķīduma stiprināšanu

Izgatavojamība: divu{0}}fāžu mikrostruktūra nodrošina optimālu karstās apstrādes un galīgo mehānisko īpašību līdzsvaru

Mo ir aptuveni divas reizes efektīvāks par V, stabilizējot β- fāzi, ko nosaka pēc molibdēna ekvivalences koncepcijas ([Mo]eq). Katrs 1 masas % Mo nodrošina β- stabilizējošu jaudu, kas ir līdzvērtīga aptuveni 2 masas % V.

Fāzes kontrole: sakausējumos, piemēram, Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (izmanto augstas stiprības aviācijas kosmosa stiprinājumiem), Mo nodrošina pilnīgu β aizturi dzēšanas laikā, kam seko kontrolēta α izgulsnēšanās novecošanas laikā.

Izturība pret koroziju: Mo papildinājumi uzlabo pasivitāti, samazinot skābo vidi. Ti-Mo sakausējumi veido pasīvas plēves, kas satur MoO3 sajauktu ar TiO₂, nodrošinot izcilu stabilitāti HCl šķīdumos salīdzinājumā ar neleģētu titānu.

Jaunākie sasniegumi: Zhang et al. parādīja, ka Mo-saturošie sakausējumi ar kontrolētiem N piedevām iegūst izcilas īpašības, izmantojot neviendabīgas lameļu struktūras. Viņu Ti-2,8Cr-4,5Zr-5,2Al-0,4N sakausējums sasniedza 1532 MPa tecēšanas robežu ar 10,2% vienmērīgu pagarinājumu, pozicionējot to starp labākajām titāna sakausējumu kombinācijām.

Nb un Ta ir ieguvuši ievērojamu vietu biomedicīnas lietojumos, kur būtiska ir ilgtermiņa{0}}bioloģiskā saderība. Atšķirībā no V, kas rada bažas par citotoksicitāti, Nb un Ta ir fizioloģiski inerti .

Zema moduļa dizains: Nb papildinājumi nodrošina β-titāna sakausējumus ar elastības moduļiem zem 50 GPa-, kas tuvojas kaula 10–30 GPa un daudz zem 110 GPa Ti-6Al-4V. Ti-35Nb-7Zr-5Ta sakausējumi ir šīs pieejas piemērs, apvienojot Nb ar Zr un Ta, lai samazinātu ortopēdisko implantu spriedzes aizsargu.

Pasīvās plēves uzlabošana: Nb un Ta oksīdi iekļaujas virsmas pasīvajā plēvē, palielinot tās stabilitāti un izturību pret koroziju. Hlorīdu-saturošā vidē Nb-modificētās pasīvās plēves uzrāda samazinātu punktu defektu blīvumu un uzlabotu izturību pret lokalizētu bojājumu.

Jaunākie sistemātiskie pētījumi, ko veica Gautier et al. pārbaudīja W, Ta un Hf piedevas lietošanai augstā temperatūrā. Pēc 5000 stundu iedarbības 650 ° C temperatūrā W uzrādīja visizteiktāko oksidācijas kinētikas samazināšanos .

Mehānisms: W veicina Ti₂N veidošanos oksīda/metāla saskarnē, veidojot ar slāpekli -bagātu slāni, kas samazina skābekļa šķīšanu lielapjoma sakausējumā. Trīskāršais Ti-10Al-2W (at%) sakausējums pārspēja komerciālo augstas temperatūras sakausējumu Ti6242S oksidācijas izturības ziņā.

Izlaidums-: W ir blīvs (19,3 g/cm³), un smagie papildinājumi liedz titāna blīvuma priekšrocības. Izaicinājums ir noteikt minimālās koncentrācijas (parasti<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Eitektoīdus-veidojošie elementi-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-arī nomāc β-transusu, taču atšķiras no izomorfajiem stabilizatoriem ar spēju veidot intermetāliskus savienojumus, sadaloties eitektoīdiem.
 

Fe ir spēcīgs un lēts β-stabilizators. Tā ātrais difūzijas ātrums nodrošina ātru reakciju uz termisko apstrādi, bet arī veicina segregāciju sacietēšanas laikā. Fe-saturošie sakausējumi ir rūpīgi jāapstrādā, lai izvairītos no β-plāksnīšu-lokalizētiem bagātinātā β-stabilizatora apgabaliem, kas rada ne-vienādas mehāniskās īpašības.
 

0,1–0,5 masas % Si piedevas ir standarta sakausējumos ar gandrīz -α augstu- temperatūru (piemēram, Ti-6242S, IMI 834). Si sniedz divas priekšrocības:

Cietā šķīduma stiprināšana: Si šķīdumā kavē dislokācijas kāpumu paaugstinātā temperatūrā

Silicīda nokrišņi: smalki (Ti,Zr)₅Si₃ izgulsnē tapas graudu robežas un apakš-robežas, aizkavējot šļūdes deformāciju

Jaunākie Gautier et al. apstiprināja, ka Si, apvienojumā ar ugunsizturīgiem elementiem, nodrošina sinerģiskus uzlabojumus gan šļūdei, gan oksidācijas izturībai 600–650 ° C temperatūrā.
 

Zr, Hf un Sn minimāli ietekmē β-transusa temperatūru, bet nodrošina būtisku cietā šķīduma nostiprināšanos gan α, gan β fāzēs.

Zr ir pilnībā sajaucams ar Ti gan α, gan β fāzēs -unikāls raksturlielums, kas izriet no to pozīcijām periodiskās tabulas IVB grupā. Šī pilnīga šķīdība nodrošina:

Stiprināšana bez fāzes nestabilitātes: Zr papildinājumi palielina izturību, izmantojot cieto šķīdumu mehānismus, nemainot fāzes līdzsvaru, vienkāršojot sakausējuma dizainu.

Korozijas uzlabošana: jūras vidē Zr{0}}saturoši sakausējumi veido stabilākas pasīvās plēves. ZrO₂ iekļaujas TiO₂ slānī, samazinot skābekļa vakanču koncentrāciju un uzlabojot izturību pret hlorīda uzbrukumu.

Jaunākie atklājumi: pētījumi ar Ti575 sakausējumiem (Ti-5Al-7.5V-0.5Si), salīdzinot Mo un Zr pievienojumus, parādīja, ka, lai gan Zr nodrošina mazāku α precizējumu nekā Mo, tas veicina silicīdu nogulsnēšanos, samazinot kodolu veidošanās barjeras .

Sn nodrošina cieta šķīduma stiprināšanu, būtiski nemainot fāzes stabilitāti. Augstas temperatūras sakausējumos (Ti-6242, Ti-1100) Sn veicina pretestību šļūdei, pateicoties cieta šķīduma iedarbībai un mainot silicīdu nokrišņu izturēšanos.

   Turpinās...

Sazinieties tagad