Al, V, Nb, Ta… Titanyum Alaşımlarının Çoklu-Element Ortağı Atlası: 60+ Elementler, Talep Özelleştirmesinde-Performansı Nasıl Elde Ediyor?(Ⅱ)

İzomorf β-stabilizatörler titanyumun BCC kristal yapısını paylaşır ve β-fazında tam katı çözünürlük sergiler. Bu elementler-Mo, V, Nb, Ta, W-α+β ve β-titanyum alaşımlarının omurgasını oluşturur.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >Küresel titanyum tüketiminin %50'si. Ağırlıkça %4'lük V ilavesi, oda sıcaklığında yaklaşık %10–50 β-fazına sahip iki-fazlı mikro yapıları mümkün kılmak için β-transus'u yeterince bastırır.

V birkaç kritik işlev sağlar:

β tutma: Isıl işlemle mikroyapısal kontrolü mümkün kılar

Gevrekleşme olmadan mukavemet: Ara yer güçlendirmelerinin aksine V, katı çözelti güçlendirmesine katkıda bulunurken sünekliği korur

Üretilebilirlik: İki-fazlı mikro yapı, sıcak işlenebilirlik ile son mekanik özellikler arasında optimum bir denge sunar

Mo, molibden eşdeğerlik kavramı ([Mo]eq) aracılığıyla ölçülen, β-fazını stabilize etmede V'nin yaklaşık iki katı kadar etkilidir. Her ağırlıkça %1 Mo, yaklaşık ağırlıkça %2 V'ye eşdeğer β-kararlılaştırma gücü sağlar.

Faz kontrolü: Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (yüksek mukavemetli havacılık bağlantı elemanları için kullanılır) gibi alaşımlarda Mo, söndürme sırasında tam β-tutmayı ve ardından yaşlanma sırasında kontrollü α çökelmesini sağlar.

Korozyon direnci: Mo ilaveleri asitli ortamların azaltılmasında pasifliği artırır. Ti-Mo alaşımları, TiO₂ ile karıştırılmış MoO₃ içeren pasif filmler oluşturarak, alaşımsız titanyuma kıyasla HCl çözeltilerinde üstün stabilite sağlar.

Son gelişmeler: Zhang ve ark. kontrollü N ilavesine sahip Mo-içeren alaşımların, heterojen lamel yapıları yoluyla olağanüstü özellikler elde ettiğini gösterdi. Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N alaşımları, %10,2 eşit uzama ile 1532 MPa akma mukavemetine ulaştı ve bu da onu titanyum alaşımları için bildirilen en iyi kombinasyonlar arasında konumlandırdı.

Nb ve Ta, uzun vadeli biyouyumluluğun gerekli olduğu biyomedikal uygulamalarda-önem kazanmıştır. Sitotoksisite endişelerini artıran V'nin aksine, Nb ve Ta fizyolojik olarak inerttir.

Düşük modüllü tasarım: Nb ilaveleri, elastik modülü 50 GPa'nın altında- olan, kemiğin 10–30 GPa'sına yaklaşan ve Ti-6Al-4V'nin 110 GPa'sının çok altında olan β-titanyum alaşımlarına olanak tanır. Ti-35Nb-7Zr-5Ta alaşımları, ortopedik implantlarda stres korumasını azaltmak için Nb'yi Zr ve Ta ile birleştirerek bu yaklaşımı örneklendirmektedir.

Pasif film geliştirme: Nb ve Ta oksitler yüzey pasif filmine katılarak stabilitesini ve korozyon direncini artırır. Klorür-içeren ortamlarda, Nb-modifiye edilmiş pasif filmler, azaltılmış nokta kusur yoğunluğu ve lokalize bozulmaya karşı artırılmış direnç gösterir.

Gautier ve arkadaşlarının son sistematik çalışmaları. yüksek sıcaklık uygulamaları için W, Ta ve Hf ilavelerini inceledik-. Havada 650°C'de 5000 saat maruz kaldıktan sonra W, oksidasyon kinetiğinde en belirgin azalmayı gösterdi.

Mekanizma: W, oksit/metal arayüzünde Ti₂N oluşumunu destekleyerek, oksijenin toplu alaşım içinde çözünmesini azaltan nitrojen-zengin bir katman oluşturur. Üçlü Ti-10Al-2W (%at) alaşımı, oksidasyon direnci açısından ticari yüksek sıcaklık alaşımı Ti6242S'den daha iyi performans gösterdi.

Takas-: W yoğundur (19,3 g/cm³) ve ağır eklemeler titanyumun yoğunluk avantajını ortadan kaldırır. Zorluk minimum konsantrasyonların belirlenmesinde yatmaktadır (tipik olarak<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Ötektoid-oluşturucu elementler-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-ayrıca β-transusu bastırır ancak ötektoid ayrışma yoluyla intermetalik bileşikler oluşturma yetenekleri izomorf stabilizatörlerden farklıdır.
 

Fe güçlü ve ucuz bir β-stabilizatördür. Hızlı difüzyon hızı, ısıl işleme hızlı tepki verilmesini sağlar, ancak aynı zamanda katılaşma sırasında ayrışmayı da destekler. Fe-içeren alaşımlar, tek tip olmayan-mekanik özellikler üreten zenginleştirilmiş β-stabilizatörün β-lekelenmesini-yerelleştirilmiş bölgelerinden kaçınmak için dikkatli bir işlem gerektirir.
 

Ağırlıkça %0,1-0,5 Si ilavesi, yakın-α yüksek-sıcaklık alaşımlarında standarttır (örneğin, Ti-6242S, IMI 834). Si iki fayda sağlar:

Katı çözelti güçlendirme: Çözeltideki Si, yüksek sıcaklıklarda dislokasyon tırmanışını engeller

Silisit çökelmesi: İnce (Ti,Zr)₅Si₃, pim tane sınırlarını ve alt-sınırları çökelterek sürünme deformasyonunu geciktirir

Gautier ve arkadaşlarının son çalışması. Si'nin refrakter elementlerle birleştiğinde 600–650°C'de hem sürünme hem de oksidasyon direncinde sinerjistik iyileştirmeler sağladığını doğruladı.
 

Zr, Hf ve Sn, β-transus sıcaklığı üzerinde minimum etki gösterir ancak hem α hem de β fazlarında önemli miktarda katı çözelti güçlendirmesi sağlar.

Zr, hem α hem de β fazlarında Ti ile tamamen karışabilir-bu, periyodik tablonun Grup IVB'sindeki konumlarından kaynaklanan benzersiz bir özelliktir. Bu tam çözünürlük şunları sağlar:

Faz kararsızlığı olmadan güçlendirme: Zr ilaveleri, faz dengesini değiştirmeden katı çözelti mekanizmaları yoluyla gücü artırır, alaşım tasarımını basitleştirir.

Korozyonun iyileştirilmesi: Deniz ortamlarında Zr-içeren alaşımlar daha kararlı pasif filmler oluşturur. ZrO₂, TiO₂ katmanına katılarak oksijen boşluklarının konsantrasyonunu azaltır ve klorür saldırısına karşı direnci artırır.

Son bulgular: Mo ve Zr ilavelerini karşılaştıran Ti575 alaşımları (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) üzerinde yapılan çalışmalar, Zr'nin Mo'ya göre daha az α arıtımı sağlamasına rağmen, çekirdeklenme bariyerlerini azaltarak silisit çökelmesini desteklediğini göstermiştir.

Sn, faz stabilitesini önemli ölçüde değiştirmeden katı çözelti güçlendirmesi sağlar. Yüksek-sıcaklık alaşımlarında (Ti-6242, Ti-1100), Sn, katı çözelti etkileri yoluyla ve silisit çökelme davranışını değiştirerek sürünme direncine katkıda bulunur.

   Devam ediyor...

Şimdi iletişime geçin