Al, V, Nb, Ta… Viac{0}}elementový partnerský atlas titánových zliatin: Ako 60+ prvky dosahujú výkon na-prispôsobenie na požiadanie?(Ⅱ)

Izomorfné β-stabilizátory zdieľajú kryštálovú štruktúru BCC titánu a vykazujú úplnú rozpustnosť v pevnom stave v β-fáze. Tieto prvky-Mo, V, Nb, Ta, W- tvoria kostru α+β a β-zliatin titánu.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50 % celosvetovej spotreby titánu. Prídavky V o 4 % hmotn. stlačia β-transus dostatočne na to, aby umožnili dvoj{4}}fázové mikroštruktúry s približne 10–50 % β-fázy pri izbovej teplote.

V poskytuje niekoľko kritických funkcií:

β retencia: Umožňuje kontrolu mikroštruktúry prostredníctvom tepelného spracovania

Pevnosť bez krehnutia: Na rozdiel od intersticiálnych spevnení si V zachováva ťažnosť a zároveň prispieva k spevneniu tuhého roztoku

Spracovateľnosť: Dvoj{0}}fázová mikroštruktúra ponúka optimálnu rovnováhu medzi spracovateľnosťou za tepla a konečnými mechanickými vlastnosťami

Mo je približne dvakrát účinnejší ako V pri stabilizácii β-fázy, kvantifikovanej prostredníctvom konceptu ekvivalentnosti molybdénu ([Mo]ekv). Každé 1 % hmotn. Mo poskytuje β-stabilizačnú silu ekvivalentnú približne 2 % hmotn. V.

Fázová kontrola: V zliatinách, ako je Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (používané na spojovacie prvky pre letectvo a kozmonautiku s vysokou pevnosťou), Mo umožňuje úplnú β-retenciu pri kalení, po ktorej nasleduje riadené zrážanie α počas starnutia.

Odolnosť proti korózii: Prídavky Mo zvyšujú pasivitu pri znižovaní kyslého prostredia. Zliatiny Ti-Mo tvoria pasívne filmy obsahujúce MoO₃ zmiešané s TiO₂, čo poskytuje vynikajúcu stabilitu v roztokoch HCl v porovnaní s nelegovaným titánom.

Nedávne pokroky: Zhang a kol. preukázali, že zliatiny obsahujúce Mo- s kontrolovanými prídavkami N dosahujú výnimočné vlastnosti prostredníctvom heterogénnych lamelových štruktúr. Ich zliatina Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N dosiahla medzu klzu 1532 MPa s 10,2 % rovnomerným predĺžením, čím sa zaradila medzi najlepšie kombinácie uvádzané pre zliatiny titánu.

Nb a Ta získali popredné miesto v biomedicínskych aplikáciách, kde je nevyhnutná dlhodobá{0} biologická kompatibilita. Na rozdiel od V, ktorý vyvoláva obavy z cytotoxicity, sú Nb a Ta fyziologicky inertné.

Dizajn s nízkym modulom: Prídavky Nb umožňujú β-zliatiny titánu s modulmi pružnosti pod 50 GPa-, ktoré sa približujú 10–30 GPa kosti a ďaleko pod 110 GPa Ti-6Al-4V. Príkladom tohto prístupu sú zliatiny Ti-35Nb-7Zr-5Ta, ktoré kombinujú Nb so Zr a Ta na zníženie napätia v ortopedických implantátoch.

Vylepšenie pasívneho filmu: Oxidy Nb a Ta sa zabudovávajú do povrchového pasívneho filmu, čím sa zvyšuje jeho stabilita a odolnosť proti korózii. V prostrediach-obsahujúcich chloridy vykazujú pasívne filmy modifikované Nb-nižšou hustotou bodových defektov a zvýšenou odolnosťou voči lokalizovanému rozpadu .

Nedávne systematické štúdie Gautiera a spol. skúmali prídavky W, Ta a Hf pre aplikácie pri vysokých-teplotách. Po 5000 hodinách vystavenia pri 650 °C na vzduchu W preukázal najvýraznejšie zníženie oxidačnej kinetiky .

Mechanizmus: W podporuje tvorbu Ti₂N na rozhraní oxid/kov, čím vytvára vrstvu bohatú na dusík-, ktorá znižuje rozpúšťanie kyslíka v objemovej zliatine. Terná zliatina Ti-10Al-2W (at%) prekonala komerčnú vysokoteplotnú zliatinu Ti6242S v odolnosti voči oxidácii .

Výmena-: W je hustá (19,3 g/cm³) a ťažké prísady popierajú výhodu hustoty titánu. Výzva spočíva v identifikácii minimálnych koncentrácií (zvyčajne<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Eutektoidné-prvky tvoriace-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-tiež potláčajú β-transus, ale líšia sa od izomorfných stabilizátorov svojou schopnosťou vytvárať intermetalické zlúčeniny rozkladom eutektoidov.
 

Fe je účinný a lacný β-stabilizátor. Jeho rýchla difúzna rýchlosť umožňuje rýchlu reakciu na tepelné spracovanie, ale tiež podporuje segregáciu počas tuhnutia. Zliatiny obsahujúce Fe-vyžadujú starostlivé spracovanie, aby sa predišlo β-škvrnitosti-lokalizovaným oblastiam obohateného β-stabilizátora, ktoré vytvárajú nerovnomerné mechanické vlastnosti.
 

Prídavky Si v množstve 0,1 – 0,5 % hmotn. sú štandardné v zliatinách blízkych -α vysokým-teplotám (napr. Ti-6242S, IMI 834). Si poskytuje dve výhody:

Spevnenie tuhého roztoku: Si v roztoku bráni stúpaniu dislokácie pri zvýšených teplotách

Silicidová precipitácia: jemné (Ti,Zr)₅Si₃ precipituje hranice zŕn a pod-hranice, spomaľuje tečenie

Nedávna práca Gautiera a kol. potvrdili, že Si v kombinácii so žiaruvzdornými prvkami poskytuje synergické zlepšenia odolnosti voči tečeniu aj oxidácii pri 600–650 °C.
 

Zr, Hf a Sn majú minimálny vplyv na β-transusovú teplotu, ale poskytujú podstatné spevnenie tuhého roztoku v α aj β fáze.

Zr je úplne miešateľný s Ti vo fázach α aj β-, čo je jedinečná charakteristika vyplývajúca z ich pozícií v skupine IVB periodickej tabuľky. Táto úplná rozpustnosť umožňuje:

Spevnenie bez fázovej nestability: Prídavky Zr zvyšujú pevnosť prostredníctvom mechanizmov pevných roztokov bez zmeny fázovej rovnováhy, čím sa zjednodušuje konštrukcia zliatiny.

Zlepšenie korózie: V morskom prostredí vytvárajú zliatiny obsahujúce Zr{0}} stabilnejšie pasívne filmy. ZrO₂ sa začleňuje do vrstvy TiO2, čím znižuje koncentráciu voľných kyslíkových miest a zvyšuje odolnosť voči napadnutiu chloridmi.

Najnovšie zistenia: Štúdie na zliatinách Ti575 (Ti-5Al-7,5V-0,5Si) porovnávajúce prísady Mo a Zr ukázali, že zatiaľ čo Zr poskytuje menšie zjemnenie α ako Mo, podporuje precipitáciu silicidu znížením nukleačných bariér.

Sn poskytuje spevnenie tuhého roztoku bez výraznej zmeny fázovej stability. Vo vysokoteplotných zliatinách (Ti-6242, Ti-1100) Sn prispieva k odolnosti proti tečeniu prostredníctvom účinkov tuhého roztoku a modifikáciou správania pri precipitácii silicidov.

   Pokračovanie...

Kontaktujte teraz