Štúdia o mechanizme vplyvu rôznych štruktúr žíhania na dynamické nárazové vlastnosti zliatiny titánu TC4
„Genetický kód“ zliatiny titánu TC4 ako klasického zliatiny typu A+B, „genetická výhoda“ ti -6 ai -4 v (TC4) pochádza z perfektného pomeru hliníka a vanádu. 6% prvku AI zvyšuje pevnosť zliatiny ako oceľový kostra a 4% prvku V zlepšuje húževnatosť, ako sú elastické vlákna. Táto dvojfázová štruktúra vykazuje jemnú rovnováhu pri teplote miestnosti: fáza A (štruktúra HCP) poskytuje podporu pevnosti a fáza B (štruktúra BCC) poskytuje schopnosť deformácie. Obaja spolupracujú pri zostavovaní jedinečného výkonnostného spektra „tvrdosti a flexibility“.
„Kovanie zákonov“ procesu žíhania
Umenie fázovej zmeny pomocou regulácie teploty
V rozsahu teploty žíhania 750-950 stupňa vykonáva TC4 jemnú drámu fázy zmeny. Keď teplota stúpa do bodu prechodu fázy B (približne 995 stupňov), primárna fáza sa začne „roztaviť“ do oblasti fázy B a rýchle chladenie môže „zmraziť“ vysokú teplotu.
Experimentálne údaje ukazujú, že po žíhaní pri 950 stupňoch a chladení vody môže obsah fáz B dosiahnuť 35%, zatiaľ čo žíhanie pri 750 stupňov si zachováva iba 12% b fázu (zdroj údajov: Charakterizácia materiálov 2020).
Čas a vesmírna hra chladiacej rýchlosti
Chladenie pecí (<10℃/min): B phase decomposes into coarse large lamellar a (>5um), forming typical Widmanstätten structure Q Air cooling (50-100℃/min): medium-speed cooling promotes fine needle-like a phase (1-3um) interweaving with residual B phase Water cooling (>200 stupňov /min): Okamžité „rýchle zmrazenie“ produkuje metastabilnú fázu B a martenzitu A '(<0.5um)
„Záznam o bojisku“ dynamického výkonu dopadu
Prostredníctvom testu tlakovej tyče Hopkinson (rýchlosť deformácie 103-10 s -1) sa zistilo, že: štít s chráneným pecom chladeným štruktúrou
The coarse lamellar a phase builds a "maze-like" anti-crack network; The crack extension work is as high as 85J/cm2. However, excessive a phase (>8um) spôsobí koncentráciu miestneho stresu a spôsobí skoré zlyhanie.
Brnenie vyvážené vzduchom
Fáza 2-3 UM Fine ihly A a B tvorí „štruktúru tehál-konštrukcie“;
Dosiahnite najlepšiu rovnováhu medzi pevnosťou (pevnosť v tlaku 1350 MPa) a húževnatosťou (práca s predĺžením trhlín 72J/cm2) a krivkou dynamickej kompresie ukazuje typické dvojstupňové posilňovacie charakteristiky,
Vodotesné brnenie
Fáza martenzitu A prináša najvyššiu tvrdosť (HV 405), ale krehká hranica fázy spôsobuje, že energia nárazu prudko klesne na 45J/cm2. Vysokorýchlostné adiabatické strihové pásy sa dajú ľahko generovať počas deformácie a v mikroštruktúre pozdĺž hranice fázy B sa nachádza veľké množstvo mikrokrakov.
„Smart Choice“ pre inžinierske aplikácie
V častiach, ktoré sú vystavené vysokofrekvenčnému nárazu, ako sú lopatky lietadlového motora, sa odporúča používať ošetrenie chladenia vzduchu (A+B Dual-State Organization), ktorá môže dosiahnuť dynamickú pevnosť výťažku 1250 MPa pri zachovaní 8% zlomeného kmeňa. Pre umelé kĺby a ďalšie scény, ktoré si vyžadujú odolnosť proti opotrebovaniu a korózii, môže pec chladená organizácia (veľkosť zŕn 9) kombinovaná s 12% b fázovým zvyškom poskytnúť najlepší komplexný výkon dopadu do únavy.
Najnovší výskum zistil (Nature Materials 2023), že organizácia kontinuálneho prechodu z fázy povrchovej nano (<100nm) to the core micron phase is constructed inside TC4 through a gradient annealing process, which can increase the dynamic impact energy absorption efficiency by 40%. This "bionic armor" structure imitates the shell structure of crustaceans and points the way for the design of a new generation of impact-resistant titanium alloys.
Záver:
V jemnom svete mikroštruktúry je každá úprava procesu žíhania preprogramovaním materiálových vlastností. Zvládnutím kódu fázovej zmeny zliatiny titánu TC4 môžeme „prispôsobiť“ výhradné brnenie na ochranu proti nárazu pre rôzne scenáre aplikácií, čo umožňuje tomuto magickému kovu pokračovať v písaní legendy v extrémnych pracovných podmienkach.
