Mae aloion titaniwm mewn sefyllfa unigryw mewn deunyddiau strwythurol. Mae titaniwm pur, er gwaethaf ei wrthwynebiad cyrydiad rhagorol a biocompatibility, yn cynnig cryfder cymedrol yn unig (cryfder tynnol tua 240-550 MPa). Mae trawsnewid titaniwm o fetel masnachol pur i ddeunydd peirianneg perfformiad uchel- sy'n gallu 1500+ cryfder cynnyrch MPa-yn gorwedd yn gyfan gwbl yn ei ryngweithio ag elfennau aloi o bob rhan o'r tabl cyfnodol .
Yn wahanol i aloion dur neu alwminiwm, lle mae mecanweithiau cryfhau yn aml yn dibynnu ar set gyfyng o elfennau, mae titaniwm yn cyflwyno tirwedd aloi anarferol o eang. Mae dros 60 o elfennau yn addasu'n sylweddol ecwilibria cyfnod titaniwm, cineteg trawsnewid, ac ymateb mecanyddol. Nid yw'r elfennau hyn yn cael eu dewis ar hap; pennir eu rolau gan gydnawsedd crisialograffig sylfaenol, strwythur electronig, a'u safle o'i gymharu â thitaniwm yn y tabl cyfnodol.
Mae'r erthygl hon yn darparu archwiliad systematig o sut mae'r teulu "partner aml-elfen" hwn yn galluogi perfformiad "ar{1}}addasu ar alw"-o'r cyfuniad Al-V sy'n dominyddu cymwysiadau awyrofod i ychwanegiadau metel anhydrin gan wthio tymereddau gwasanaeth y tu hwnt i 600 gradd .
Y Fframwaith Metelegol: Pam Mae Titaniwm yn Ymateb i Gymaint o Elfennau
1.1 Trawsnewid Allotropig fel Newidyn Dyluniad
Mae amlochredd titaniwm yn tarddu o'i drawsnewidiad allotropig. O dan 882 gradd , mae titaniwm pur yn crisialu mewn strwythur hecsagonol wedi'i bacio (HCP), a ddynodwyd yn -Ti. Yn uwch na'r tymheredd hwn, mae'n trawsnewid i -giwbig corff-ganolog (BCC) -Ti .
Mae'r tymheredd trawsnewid hwn-a sefydlogrwydd pob cam-yn cael ei newid yn sylweddol gan ychwanegiadau aloi. Mae elfennau sy'n cynyddu'r -tymheredd transus yn ehangu maes -cyfnod ac yn cael eu galw'n -sefydlu. Mae elfennau sy'n iselhau tymheredd y -transus yn ehangu maes -cyfnod ac yn cael eu galw'n -sefydlu . Mae trydydd categori, elfennau niwtral, yn dylanwadu'n fach iawn ar y tymheredd trawsnewid.
Mae'r fframwaith sefydlogrwydd cam hwn yn galluogi peirianneg ficrostrwythurol ar draws graddfeydd lluosog: maint grawn cynradd, trwch lath eilaidd, morffoleg grawn, a dosbarthiad cyfansoddion rhyngfetelaidd.
1.2 Y System Ddosbarthu
Yn seiliedig ar eu rhyngweithio â thrawsnewidiad allotropig titaniwm, mae elfennau aloi yn rhannu'n bedwar categori swyddogaethol:
| Categori | Elfennau |
Effaith ar -Trawsus |
Ystod Crynodiad Nodweddiadol |
| -sefydlwyr | Al, Ga, Ge, B, O, N, C | Cynydd |
l: 2–7 wt%; O: 0.1–0.3 wt% |
| -sefydlwyr (isomorffaidd) | Mo, V, Nb, Ta, W | Gostyngiad |
V: 2–15 wt%; Nb: 10–40 wt% |
| -sefydlogwyr (eutectoid) | Fe, Cr, Ni, Cu, Si, H | Gostyngiad |
V: 2–15 wt%; Nb: 10–40 wt% |
| Elfennau niwtral | Zr, Hf, Sn | Newid lleiaf posibl |
Zr: 1–8 wt%; Sn: 2–5 wt% |
Mae Ffigur 1 yn dangos nodweddion y diagram cyfnod deuaidd ar gyfer pob categori, gan ddangos sut mae ychwanegiadau aloi yn ail-lunio ffiniau cyfnodau ac yn galluogi canlyniadau microstrwythurol gwahanol.
-Stabilyddion: The Strength and Oxidation Foundation
2.1 Alwminiwm: Y Cryfder Cyffredinol
Alwminiwm yw'r elfen aloi a ddefnyddir fwyaf mewn titaniwm, ac mae'n bresennol ym mron pob aloi masnachol o Ti-6Al-4V i aloion agos tymheredd uchel. Mae ei oruchafiaeth yn deillio o gyfraniadau lluosog:
·Cryfhau toddiant solet: Mae Al yn hydoddi yn y -cyfnod ffafriol, gan feddiannu safleoedd amnewidiol o fewn y dellt HCP. Mae hyn yn cynhyrchu dwy effaith cryfhau: (1) afluniad dellt yn cynyddu ymwrthedd i fudiant dadleoli, a (2) addasu'r -cyfnod stacio ynni nam.
· Lleihau dwysedd: Ar 2.7 g/cm³, mae Al yn gostwng dwysedd aloi yn sylweddol. Mae pob ychwanegiad 1 wt% Al yn lleihau dwysedd tua 1.5%, mantais hanfodol ar gyfer cymwysiadau awyrofod lle mae cryfder penodol yn pennu dyluniad cydrannau.
·Potensial archebu: Mewn crynodiadau sy'n fwy na thua 8 wt%, mae Al yn hyrwyddo ffurfio gwaddod ₂ (Ti₃Al). Er y gall y rhain freinio'r aloi os ydynt wedi'u dosbarthu'n fras, mae dyddodiad rheoledig yn cynnig llwybrau cryfhau ychwanegol.
Gwaith diweddar gan Huang et al. dangos bod ychwanegiadau Al yn newid ymddygiad dadleoli titaniwm yn sylfaenol. Mewn aloion deuaidd Ti-6Al, mae Al yn atal gefeillio dadffurfiad ac yn addasu'r straen cneifio wedi'i ddatrys yn feirniadol (CRSS) ar gyfer systemau llithro lluosog. Daw'r cryfhau hwn gyda chyfaddawd: tra bod cryfder y cynnyrch yn cynyddu, mae hydwythedd a chadernid effaith fel arfer yn lleihau.
2.2 Cryfderau Interstitial: Ocsigen, Nitrogen, Carbon
Mae ocsigen, nitrogen a charbon yn meddiannu safleoedd interstitial o fewn y dellt titaniwm, gan gynhyrchu cryfhau eithriadol o effeithlon ar grynodiadau isel. Mae pob 0.1 wt% O yn cynyddu cryfder y cynnyrch tua 150–200 MPa.
·Ocsigen: Fel y interstitial mwyaf cyffredin, mae O yn gyfle cryfhau ac yn bryder halogiad. Mae ocsigen yn sefydlogi'r -cyfnod, yn codi'r -tymheredd transus, ac yn cryfhau hydoddiant solet yn sylweddol. Fodd bynnag, mae mynd y tu hwnt i tua 0.3-0.4 wt% O yn achosi brwydro difrifol trwy atal mecanweithiau anffurfio hydwyth.
·Nitrogen: Mae datblygiadau diweddar wedi ailystyried rôl N. Roedd Zhang et al. dangos y gall ychwanegiadau N rheoledig (0.17–0.40 wt%) ynghyd â pheirianneg ffiniau grawn gynhyrchu cyfuniadau hydwythedd cryfder eithriadol. Cyflawnodd eu aloi Ti-1800 (Ti-4.1Al-2.5Zr-2.5Cr-6.8Mo-0.17O-0.10N) gryfder cnwd 1800 MPa trwy strwythur hierarchaidd o waddodion cynradd, uwchradd , ac ultrafine -Widmanstätten.
·Carbon: Mae ychwanegiadau o 0.05–0.2 wt% C yn hyrwyddo ffurfio TIC. Mae'r carbidau hyn yn cyflawni swyddogaethau deuol: (1) pinio ffiniau grawn yn ystod prosesu tymheredd uchel, mireinio'r microstrwythur terfynol, a (2) gweithredu fel safleoedd cnewyllol heterogenaidd ar gyfer dyddodiad. Mae'r microstrwythur sy'n deillio o hyn yn dangos grawn mân a mwy o gyfeiriadau lath ar hap.
2.3 Boron: Asiant Mireinio Grawn
Mae microaloio â B (0.01-0.2 wt%) yn cynhyrchu wisgers TiB sy'n mireinio maint grawn blaenorol yn sylweddol. Mewn aloion TA6.5, trawsnewidiodd 0.2 wt% B y microstrwythur o Widmanstätten bras i basged wedi'i buro-morffoleg gwehyddu, gan leihau maint y nythfa a gwella -tymheredd yr ystafell a phriodweddau tynnol 650 gradd .
Yn parhau...
