Izomorf β{0}}stabilizátorok: a rugalmasságot és a mély keményedést elősegítő szerek
Az izomorf β-stabilizátorok megegyeznek a titán BCC kristályszerkezetével, és teljes szilárdanyag-oldhatóságot mutatnak a β- fázisban. Ezek a -Mo, V, Nb, Ta, W- elemek alkotják az α+β és β-titánötvözetek gerincét.
3.1 Vanádium: A Ti-6Al-4V partner
V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >a világ titánfogyasztásának 50%-a. 4 tömeg%-os V hozzáadott mennyiség kellően lenyomja a β-transuszt ahhoz, hogy szobahőmérsékleten két-fázisú mikrostruktúrák alakuljanak ki, körülbelül 10-50% β-fázissal.
A V számos kritikus funkciót biztosít:
β retenció: Lehetővé teszi a mikroszerkezeti szabályozást hőkezeléssel
Erősség ridegedés nélkül: Az intersticiális erősítésekkel ellentétben a V fenntartja a rugalmasságot, miközben hozzájárul a szilárd oldat erősítéséhez
Kidolgozhatóság: A két{0}}fázisú mikrostruktúra optimális egyensúlyt biztosít a melegen megmunkálhatóság és a végső mechanikai tulajdonságok között
3.2 Molibdén: A legerősebb β-stabilizátor
Mo körülbelül kétszer olyan hatékony, mint V a β-fázis stabilizálásában, a molibdén ekvivalencia fogalmán ([Mo]eq) számszerűsítve. Minden 1 tömeg% Mo körülbelül 2 tömeg% V β- stabilizáló teljesítményt biztosít.
Fázisszabályozás: Az olyan ötvözetekben, mint a Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0,2Si (nagy szilárdságú repülőgép-kötőelemekhez használják), a Mo lehetővé teszi a teljes β-visszatartást az oltáskor, majd az α-kicsapódást az öregedés során.
Korrózióállóság: A Mo-adalékok fokozzák a passzivitást a savas környezet redukálásakor. A Ti-Mo-ötvözetek MoO3-t és TiO2-vel kevert passzív filmeket képeznek, amelyek kiváló stabilitást biztosítanak a HCl-oldatokban, mint az ötvözetlen titán.
A legújabb fejlesztések: Zhang et al. kimutatták, hogy az ellenőrzött N-adagolású Mo-tartalmú ötvözetek kivételes tulajdonságokat érnek el a heterogén lamellaszerkezetek révén. Ti-2,8Cr-4,5Zr-5,2Al-0,4N ötvözetük 1532 MPa folyáshatárt ért el 10,2%-os egyenletes nyúlás mellett, így a titánötvözetek legjobb kombinációi közé helyezték.
3.3 Nióbium és tantál: A biológiailag kompatibilis stabilizátorok
Az Nb és a Ta előtérbe került az orvosbiológiai alkalmazásokban, ahol a hosszú távú biokompatibilitás elengedhetetlen. Ellentétben az V-vel, amely citotoxicitási aggályokat vet fel, az Nb és a Ta fiziológiailag inert.
Alacsony modulusú kialakítás: Az Nb kiegészítések lehetővé teszik az 50 GPa- alatti rugalmassági modulusú β-titánötvözetek használatát, amelyek megközelítik a csont 10–30 GPa-t, és messze a Ti-6Al-4V 110 GPa alatti értéket. A Ti-35Nb-7Zr-5Ta ötvözetek példázzák ezt a megközelítést, az Nb-t Zr-vel és Ta-val kombinálva csökkentik az ortopéd implantátumok feszültségvédelmét.
Passzív filmerősítés: Nb és Ta oxidok beépülnek a felületi passzív filmbe, növelve annak stabilitását és korrózióállóságát. Klorid-tartalmú környezetben az Nb-módosított passzív fóliák csökkentett ponthibás sűrűséget és fokozott ellenállást mutatnak a helyi lebontással szemben.
3.4 Volfrám: magas hőmérsékletű-oxidációs ellenállás
Gautier és munkatársai újabb szisztematikus tanulmányai. megvizsgálta a W, Ta és Hf hozzáadását{1}}a magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz. 5000 órás 650 °C-os levegőben végzett expozíció után W mutatta a legkifejezettebb oxidációs kinetika csökkenését.
Mechanizmus: A W elősegíti a Ti₂N képződését az oxid/fém határfelületen, és egy nitrogénben- gazdag réteget hoz létre, amely csökkenti az oxigén feloldódását az ömlesztett ötvözetben. A háromkomponensű Ti-10Al-2W (at%) ötvözet felülmúlta a kereskedelemben kapható magas hőmérsékletű Ti6242S ötvözetet az oxidációval szembeni ellenállás tekintetében.
Kedvezmény-: W sűrű (19,3 g/cm³), és a nagy mennyiségű adalékok érvénytelenítik a titán sűrűségelőnyét. A kihívás a minimális koncentrációk meghatározásában rejlik (általában<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.
Eutektoid β-Stabilizátorok: Költség-hatékony erősítés
Eutektoid-képző elemek-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-szintén lenyomják a β-transuszt, de abban különböznek az izomorf stabilizátoroktól, hogy eutektoid bomlással intermetallikus vegyületeket képeznek.
4.1 Vas: alacsony-költségstabilizálás
A Fe erős és olcsó β-stabilizátor. Gyors diffúziós sebessége gyors reagálást tesz lehetővé a hőkezelésre, de elősegíti a szegregációt a megszilárdulás során. A Fe-tartalmú ötvözetek gondos feldolgozást igényelnek, hogy elkerüljék a dúsított β-stabilizátor lokalizált β-foltosodását{5}}, amelyek nem-egyenletes mechanikai tulajdonságokat eredményeznek.
4.2 Szilícium: Magas{1}}hőmérsékletű kúszásállóság
A közel -α magas-hőmérsékletű ötvözetek (pl. Ti-6242S, IMI 834) esetén a 0,1–0,5 tömeg%-os Si-adalékok szabványosak. Az Si két előnnyel jár:
Szilárd oldat erősítése: Az oldatban lévő Si meggátolja a diszlokáció emelkedését magasabb hőmérsékleten
Szilicid kiválás: Finom (Ti,Zr)₅Si3 kicsapja a tűszemcse- és al-szegélyeket, késlelteti a kúszási deformációt
Gautier és munkatársai legújabb munkái. megerősítette, hogy a szilícium a tűzálló elemekkel kombinálva szinergikus javulást biztosít mind a kúszás, mind az oxidációállóság terén 600-650 °C-on.
Semleges elemek: mikrostruktúra-finomítók
A Zr, a Hf és az Sn minimális hatást gyakorolnak a β-transzus hőmérsékletére, de jelentős szilárd oldat erősítést biztosítanak mind az α, mind a β fázisban.
5.1 Cirkónium: a teljes oldhatósági partner
A Zr teljesen elegyedik a Ti-vel mind az α, mind a β fázisban -egyedülálló jellemző, amely a periódusos rendszer IVB csoportjában elfoglalt helyükből adódik. Ez a teljes oldhatóság lehetővé teszi:
Erősítés fázisinstabilitás nélkül: A Zr-adalékok szilárd megoldási mechanizmusokon keresztül növelik a szilárdságot a fázisegyensúly megváltoztatása nélkül, egyszerűsítve az ötvözet kialakítását.
Korróziófokozás: Tengeri környezetben a Zr{0}}tartalmú ötvözetek stabilabb passzív filmeket képeznek. A ZrO₂ beépül a TiO₂ rétegbe, csökkentve az oxigénhiányok koncentrációját és növelve a klorid támadással szembeni ellenállást.
A legújabb eredmények: A Ti575 ötvözetekkel (Ti-5Al-7,5V-0,5Si) végzett vizsgálatok a Mo és Zr hozzáadását összehasonlítva azt mutatták, hogy míg a Zr kevésbé finomítja az α-t, mint a Mo, elősegíti a szilicid kiválást azáltal, hogy csökkenti a nukleációs gátakat.
5.2 Ón
Az Sn szilárd oldat erősítést biztosít anélkül, hogy jelentősen megváltoztatná a fázisstabilitást. A magas hőmérsékletű ötvözetekben (Ti-6242, Ti-1100) az Sn a szilárd oldat hatása és a szilicid kiválási viselkedés módosítása révén hozzájárul a kúszásállósághoz.
Folytatás...
