Титановые сплавы являются важными структурными материалами для широкого спектра применений, от аэрокосмической и энергетической инфраструктуры до биомедицинских устройств. Как и в большинстве металлов, оптимизация производительности Титана часто включает компромисс между двумя ключевыми свойствами: сила и пластичность. Более сильные материалы имеют тенденцию быть менее деформируемыми, в то время как деформируемые материалы имеют тенденцию быть механически слабее.
Недавно исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в сотрудничестве с исследователями в ATI Specialty Materials обнаружили способ создания новых титановых сплавов. Этот метод может создавать новые титановые сплавы с комбинацией превосходной силы и пластичности, что может привести к новым приложениям. Обнаружение было опубликовано в журнале Advanced Materials.
Команда говорит, что улучшения связаны с настройкой химической композиции и структуры решетки сплава, наряду с методами обработки. Например, титановые сплавы важны из -за их превосходных механических свойств, коррозионной стойкости и легкого веса по сравнению со сталью. Разнообразие структур, которые могут быть созданы путем тщательного выбора легирующих элементов и их относительных пропорций, а также способа обработки материала, как при низких, так и при высоких температурах, создает огромный объем для получения хорошей комбинации свойств.
Выбор пропорций легирующих элементов должен руководствоваться методологией для производства материалов, которые соответствуют конкретным приложениям и конкретным потребностям. Аналитические и экспериментальные результаты, описанные в этом исследовании, обеспечивают такой подход.
По мнению исследователей, ключевая стратегия этого подхода к проектированию состоит в том, чтобы рассмотреть различные масштабы. Одна шкала - это структура монокристалла. Например, при тщательном выборе легирующих элементов может быть получена более оптимальная альфа-фаза кристаллическая структура, что позволяет определить конкретные механизмы деформации. Другая шкала - поликристаллическая шкала, которая включает взаимодействие - и -фазы. Таким образом, последовавший здесь подход включает в себя проектные соображения для обоих.
В дополнение к выбору правильного материала и масштаба сплава, этапы обработки также играют важную роль. Исследователи обнаружили, что методика, называемая «перекрестной переноской», является ключом к достижению сочетания силы и пластичности. Различные деформированные сплавы были протестированы под сканирующим электронным микроскопом, выявляя детали того, как их микроструктура реагирует на внешние механические нагрузки. Специфический набор параметров композиционного, пропорционального и метода обработки создает структуру, в которой альфа и бета-фазы равномерно имеют деформацию, снижая тенденцию к растрескиванию между фазами, и фазовый хармонирование деформации. Этот синергетический ответ на деформацию может производить превосходные материалы.
Структура материала наблюдается, чтобы понять две фазы и их морфологию. Их химические свойства наблюдаются посредством локализованного химического анализа в атомной масштабе. Разнообразные методы используются для количественной оценки различных свойств материалов в масштабах нескольких длины. Глядя на общие свойства титановых сплавов, производимых в соответствии с их системой, было обнаружено, что эти свойства действительно были намного лучше.
Исследователи говорят, что это академические исследования, поддерживаемые в отрасли, направлены на подтверждение принципов проектирования коммерчески доступных сплавов. Целью сотрудничества было получить фундаментальное понимание пластичности кристаллов. Стратегия дизайна оказалась эффективной, научно демонстрирующей, как она работает, но все еще есть много возможностей для улучшения.
