Al, V, Nb, Ta… Aml-Atlas Partner Elfennau o Aloion Titaniwm: Sut Mae 60+ Elfennau yn Cyflawni Perfformiad Ar-Galw-Cymhwyso Galw?(Ⅱ)

Mae sefydlogwyr β isomorffaidd yn rhannu strwythur grisial BCC titaniwm ac yn arddangos hydoddedd solet cyflawn yn y cyfnod β-. Mae'r elfennau hyn-Mo, V, Nb, Ta, W-yn ffurfio asgwrn cefn aloion α+β ac β-titaniwm.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% o ddefnydd titaniwm byd-eang. Mae ychwanegiadau V o 4 wt% yn iselhau'r β-transus yn ddigonol i alluogi microstrwythur dau gyfnod gyda thua 10–50% β{-cyfnod ar dymheredd ystafell .

Mae V yn darparu sawl swyddogaeth hanfodol:

β cadw: Yn galluogi rheolaeth ficrostrwythurol trwy driniaeth wres

Cryfder heb embrittlement: Yn wahanol i gryfhau interstitial, V cynnal hydwythedd tra'n cyfrannu at gryfhau hydoddiant solet

Ffabritiedd: Mae'r microstrwythur dau gyfnod yn cynnig y cydbwysedd gorau posibl o ymarferoldeb poeth a phriodweddau mecanyddol terfynol

Mae Mo tua dwywaith mor effeithiol â V wrth sefydlogi cyfnod β, wedi'i fesur trwy'r cysyniad cyfwerthedd molybdenwm ([Mo]eq). Mae pob 1 wt% Mo yn darparu β-pŵer sefydlogi sy'n cyfateb i tua 2 wt% V .

Rheoli cam: Mewn aloion fel Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (a ddefnyddir ar gyfer caewyr awyrofod cryfder uchel), mae Mo yn galluogi cadw β yn llwyr wrth ddiffodd, ac yna dyddodiad α rheoledig yn ystod heneiddio.

Gwrthiant cyrydiad: Mae ychwanegiadau Mo yn gwella goddefedd mewn amgylcheddau lleihau asid. Ti-Mae aloion Mo yn ffurfio ffilmiau goddefol sy'n cynnwys MoO₃ wedi'u cymysgu â TiO₂, gan ddarparu sefydlogrwydd uwch mewn hydoddiannau HCl o'i gymharu â thitaniwm heb aloi.

Datblygiadau diweddar: Zhang et al. dangos bod Mo-sy'n cynnwys aloion ag ychwanegiadau N rheoledig yn cyflawni priodweddau eithriadol drwy strwythurau lamella heterogenaidd. Cyflawnodd eu aloi Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N gryfder cnwd o 1532 MPa gyda 10.2% o hydiad unffurf gan ei osod ymhlith y cyfuniadau gorau a adroddwyd ar gyfer aloion titaniwm.

Mae Nb a Ta wedi ennill amlygrwydd mewn cymwysiadau biofeddygol lle mae-biogydnawsedd hirdymor yn hanfodol. Yn wahanol i V, sy'n codi pryderon sytowenwyndra, mae Nb a Ta yn anadweithiol yn ffisiolegol.

Dyluniad modwlws isel: Mae ychwanegiadau Nb yn galluogi aloion titaniwm β-gyda modwli elastig o dan 50 GPa-yn nesáu at asgwrn o 10–30 GPa ac ymhell islaw 110 GPa Ti-6Al-4V. Mae aloion Ti-35Nb-7Zr-5Ta yn enghraifft o'r dull hwn, gan gyfuno Nb â Zr a Ta i leihau cysgodi straen mewn mewnblaniadau orthopedig.

Gwella ffilm goddefol: Mae ocsidau Nb a Ta yn ymgorffori yn y ffilm goddefol arwyneb, gan gynyddu ei sefydlogrwydd a'i ymwrthedd cyrydiad. Mewn-amgylcheddau sy'n cynnwys clorid, mae ffilmiau goddefol wedi'u haddasu yn dangos dwysedd diffyg pwyntiau gostyngol a gwell ymwrthedd i ddadelfennu lleol .

Mae astudiaethau systematig diweddar gan Gautier et al. wedi archwilio ychwanegiadau W, Ta, a Hf ar gyfer cymwysiadau tymheredd uchel. Ar ôl amlygiad 5000 h ar 650 ° C mewn aer, dangosodd W y gostyngiad mwyaf amlwg mewn cineteg ocsideiddio.

Mecanwaith: Mae W yn hyrwyddo ffurfiad Ti₂N ar y rhyngwyneb ocsid/metel, gan greu haen gyfoethog o nitrogen sy'n lleihau hydoddiad ocsigen i'r aloi swmp. Perfformiodd yr aloi teiran Ti-10Al-2W (ar%) yn well na'r aloi tymheredd uchel masnachol Ti6242S mewn ymwrthedd ocsideiddio.

Masnach -i ffwrdd: mae W yn drwchus (19.3 g/cm³), ac mae ychwanegiadau trwm yn negyddu mantais dwysedd titaniwm. Yr her yw nodi crynodiadau lleiaf (yn nodweddiadol<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Mae elfennau ewtectoid-sy'n ffurfio{{1}Fe, Cr, Ni, Cu, Si-hefyd yn iselhau'r β-transus ond yn wahanol i sefydlogwyr isomorffaidd yn eu gallu i ffurfio cyfansoddion rhyngfetelaidd drwy ddadelfennu ewtectoid.
 

Mae Fe yn sefydlogwr β cryf a rhad. Mae ei gyfradd trylediad cyflym yn galluogi ymateb cyflym i driniaeth wres, ond mae hefyd yn hyrwyddo arwahanu yn ystod solidiad. Fe-sy'n cynnwys aloion angen prosesu gofalus er mwyn osgoi β-fflygu-rhanbarthau β cyfoethogi sy'n cynhyrchu priodweddau mecanyddol anffurf .
 

Mae ychwanegiadau Si o 0.1–0.5 wt% yn safonol mewn aloion tymheredd agos at-α- (ee, Ti-6242S, IMI 834). Mae Si yn rhoi dwy fantais:

Cryfhau hydoddiant solet: Mae Si mewn hydoddiant yn rhwystro dringo dadleoliad ar dymheredd uchel

Dyddodiad silicad: Mae mân (Ti,Zr) ₅Si₃ yn gwaddodi ffiniau grawn pin ac is-ffiniau, gan arafu anffurfiad ymgripiad

Gwaith diweddar gan Gautier et al. cadarnhawyd bod Si, ynghyd ag elfennau anhydrin, yn darparu gwelliannau synergaidd mewn ymwrthedd ymgripiad ac ocsidiad ar 600–650°C .
 

Mae Zr, Hf, a Sn yn dylanwadu'n fach iawn ar dymheredd transus β- ond yn darparu cryfder toddiant solet sylweddol yn y cyfnodau α a β.

Mae Zr yn gwbl gymysgadwy â Ti yn y cyfnodau α a β-nodwedd unigryw sy'n deillio o'u safleoedd yng Ngrŵp IVB y tabl cyfnodol. Mae'r hydoddedd cyflawn hwn yn galluogi:

Cryfhau heb ansefydlogrwydd cam: Mae ychwanegiadau Zr yn cynyddu cryfder trwy fecanweithiau datrysiad solet heb newid cydbwysedd cam, gan symleiddio dyluniad aloi.

Gwella cyrydiad: Mewn amgylcheddau morol, mae Zr-sy'n cynnwys aloion yn ffurfio ffilmiau goddefol mwy sefydlog. Mae ZrO₂ yn ymgorffori yn yr haen TiO₂, gan leihau'r crynodiad o swyddi gwag ocsigen a gwella ymwrthedd i ymosodiad clorid.

Canfyddiadau diweddar: Dangosodd astudiaethau ar aloion Ti575 (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) sy'n cymharu ychwanegiadau Mo a Zr, er bod Zr yn darparu llai o fireinio α na Mo, mae'n hyrwyddo dyddodiad silicid trwy leihau rhwystrau cnewyllol.

Mae Sn yn darparu cryfhau datrysiad solet heb newid sefydlogrwydd cyfnod yn sylweddol. Mewn aloeon tymheredd uchel (Ti-6242, Ti-1100), mae Sn yn cyfrannu at ymwrthedd ymgripiad trwy effeithiau hydoddiant solet a thrwy addasu ymddygiad dyddodiad silicad.

   Yn parhau...

Cysylltwch nawr