Stabilizatori izomorfi β-: facilitatorii de ductilitate și de întărire profundă
Stabilizatorii izomorfi β- împărtășesc structura cristalină BCC a titanului și prezintă o solubilitate solidă completă în faza β-. Aceste elemente-Mo, V, Nb, Ta, W-formă coloana vertebrală a aliajelor de titan α+β și β-.
3.1 Vanadiu: Partenerul Ti-6Al-4V
V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% din consumul global de titan. V adăugări de 4% în greutate deprimă β-transusul suficient pentru a permite microstructuri în două-faze cu aproximativ 10–50% faza β-la temperatura camerei.
V oferă mai multe funcții critice:
Retenție β: Permite controlul microstructural prin tratament termic
Rezistență fără fragilizare: spre deosebire de întăririle interstițiale, V menține ductilitatea contribuind în același timp la consolidarea soluției solide
Fabricabilitate: microstructura în două-faze oferă un echilibru optim între prelucrabilitatea la cald și proprietățile mecanice finale
3.2 Molibden: Cel mai puternic β-stabilizator
Mo este de aproximativ două ori mai eficient decât V în faza de stabilizare β-, cuantificată prin conceptul de echivalență a molibdenului ([Mo]eq). Fiecare 1% în greutate Mo oferă o putere de stabilizare β-echivalentă cu aproximativ 2% în greutate V .
Controlul fazei: în aliaje precum Ti-15Mo{-3Al-2.7Nb-0.2Si (utilizat pentru elementele de fixare aerospațiale de înaltă rezistență), Mo permite reținerea completă a β la călire, urmată de precipitarea controlată a α în timpul îmbătrânirii.
Rezistența la coroziune: adaosurile de Mo îmbunătățesc pasivitatea în mediile acide reducătoare. Aliajele de Ti-Mo formează pelicule pasive care conțin MoO₃ amestecat cu TiO₂, oferind o stabilitate superioară în soluțiile de HCI comparativ cu titanul nealiat.
Avansuri recente: Zhang et al. a demonstrat că aliajele care conțin Mo-cu adaosuri controlate de N obțin proprietăți excepționale prin structuri lamele eterogene. Aliajul lor Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N a atins o limită de curgere de 1532 MPa cu o alungire uniformă de 10,2%, poziționându-l printre cele mai bune combinații raportate pentru aliajele de titan.
3.3 Niobiu și tantal: stabilizatori biocompatibili
Nb și Ta au câștigat importanță în aplicațiile biomedicale în care biocompatibilitatea{0}}pe termen lung este esențială. Spre deosebire de V, care ridică probleme de citotoxicitate, Nb și Ta sunt inerte din punct de vedere fiziologic.
Design cu modul scăzut: adăugările de Nb permit aliaje de titan β-cu module elastice sub 50 GPa-apropiindu-se de 10-30 GPa ale osului și mult sub 110 GPa de Ti-6Al-4V. Aliajele Ti-35Nb-7Zr-5Ta exemplifica această abordare, combinând Nb cu Zr și Ta pentru a reduce protecția împotriva stresului în implanturile ortopedice.
Îmbunătățirea filmului pasiv: Oxizii de Nb și Ta se încorporează în pelicula pasivă de suprafață, crescând stabilitatea și rezistența la coroziune. În mediile care conțin clorură-, filmele pasive modificate cu Nb- prezintă o densitate redusă a defectelor punctiforme și o rezistență sporită la defalcare localizată .
3.4 Tungsten: Rezistență ridicată la-oxidare la temperatură
Studii sistematice recente ale lui Gautier et al. au examinat adaosurile de W, Ta și Hf pentru aplicații la temperatură înaltă-. După 5000 de ore de expunere la 650°C în aer, W a demonstrat cea mai pronunțată reducere a cineticii de oxidare.
Mecanism: W promovează formarea de Ti₂N la interfața oxid/metal, creând un strat bogat-azot care reduce dizolvarea oxigenului în aliajul în vrac. Aliajul ternar Ti-10Al-2W (at%) a depășit aliajul comercial la temperatură înaltă Ti6242S în ceea ce privește rezistența la oxidare.
Schimb-: W este dens (19,3 g/cm³), iar adaosurile grele anulează avantajul de densitate al titanului. Provocarea constă în identificarea concentrațiilor minime (de obicei<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.
Eutectoizi β-Stabilizatori: cost-Consolidare eficientă
Elementele formatoare-eutectoide-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-deprimă, de asemenea, β-transusul, dar diferă de stabilizatorii izomorfi prin capacitatea lor de a forma compuși intermetalici prin descompunerea eutectoidelor.
4.1 Fier de călcat: -cost redus de stabilizare
Fe este un β-stabilizator puternic și ieftin. Rata sa de difuzie rapidă permite un răspuns rapid la tratamentul termic, dar promovează și segregarea în timpul solidificării. Aliajele care conțin Fe- necesită o prelucrare atentă pentru a evita β-păsări-regiunile localizate ale stabilizatorului β-imbogățit care produc proprietăți mecanice ne-uniforme .
4.2 Siliciu: rezistență la fluaj-înaltă la temperatură
Adăugările de Si de 0,1–0,5% în greutate sunt standard în aliajele cu temperatură aproape-α-înaltă (de exemplu, Ti-6242S, IMI 834). Si ofera doua beneficii:
Consolidarea soluției solide: Si în soluție împiedică ascensiunea dislocației la temperaturi ridicate
Precipitații de siliciu: fin (Ti,Zr)₅Si₃ precipită granițele și sub{0}}limitele de cereale, încetinind deformarea fluajului
Lucrări recente ale lui Gautier et al. a confirmat că Si, combinat cu elemente refractare, oferă îmbunătățiri sinergice atât în ceea ce privește rezistența la fluaj, cât și la oxidare la 600–650°C.
Elemente neutre: Rafinare de microstructură
Zr, Hf și Sn exercită o influență minimă asupra temperaturii β-transusului, dar asigură o consolidare substanțială a soluției solide în ambele faze α și β.
5.1 Zirconiu: Partenerul de solubilitate completă
Zr este complet miscibil cu Ti în ambele faze α și β{0}}o caracteristică unică care decurge din pozițiile lor în grupul IVB al tabelului periodic. Această solubilitate completă permite:
Consolidare fără instabilitate de fază: adaosurile de Zr măresc rezistența prin mecanisme de soluție solidă fără a modifica echilibrul de fază, simplificând proiectarea aliajului.
Îmbunătățirea coroziunii: în mediile marine, aliajele care conțin Zr-formă pelicule pasive mai stabile. ZrO₂ se încorporează în stratul de TiO₂, reducând concentrația de oxigen liber și sporind rezistența la atacul clorurii.
Descoperiri recente: Studiile asupra aliajelor Ti575 (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) care compară adaosurile de Mo și Zr au arătat că, în timp ce Zr oferă mai puțină rafinare α decât Mo, promovează precipitarea siliciurului prin reducerea barierelor de nucleare.
5.2 Tin
Sn asigură consolidarea soluției solide fără a modifica semnificativ stabilitatea fazei. În aliajele cu temperatură înaltă (Ti-6242, Ti-1100), Sn contribuie la rezistența la fluaj prin efectele soluției solide și prin modificarea comportamentului de precipitare a siliciului.
Continuând...
