L'Université Xi'an Jiaotong a fait de nouveaux progrès dans la conception d'alliages de titane à faible coût, à haute résistance et résistants

L'Université Xi'an Jiaotong a fait de nouveaux progrès dans la conception d'alliages de titane à faible coût, à haute résistance et résistants

L'alliage de titane à haute résistance spécifique est un matériau structurel important pour les économies d'énergie, la réduction des émissions et la légèreté. Ses propriétés mécaniques macroscopiques peuvent être optimisées en ajustant les caractéristiques de densité et de distribution spatiale des joints de grains (GB) et des interfaces déphasées (PB). Par exemple, la régulation de la structure et des caractéristiques de l'interface / phase avec un réseau discontinu dans les alliages de titane peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques de l'alliage. Pour les alliages de titane, en plus de la transition de phase de diffusion ( → ), les PB à haute densité peuvent également être introduit dans l'alliage de titane par la transition de déplacement sans diffusion ( → ') dans des conditions de refroidissement rapide. La transition de phase martensitique dans les alliages de titane peut présenter deux avantages clés : d'une part, la transition de phase est entraînée par un refroidissement rapide la stabilité thermique de la phase à haute température est réduite) pour construire une microstructure biphasique et produire un durcissement interfacial ; d'autre part, la transition de phase induite par la force (la stabilité mécanique de la phase à température ambiante est réduite), se manifestant généralement par une limite d'élasticité inférieure, mais une capacité d'écrouissage et un allongement à la rupture plus élevés, c'est-à-dire que la transition de phase induit de la plasticité D'une manière générale, le renforcement martensitique est conforme à la relation Hall-Petch classique. Par conséquent, il est souhaitable de concevoir des nano-martensitiques dans la microstructure pour renforcer l'alliage et maintenir une ductilité raisonnable, obtenant ainsi d'excellentes propriétés mécaniques. Feuilles martensitiques au niveau du micron et au niveau submicronique, la densité d'interface de phase est faible et la limite d'élasticité n'est pas élevée. .

Au vu des problèmes ci-dessus, l'équipe de l'académicien Sun Jun, State Key Laboratory of Metal Materials Strength, Xi'an Jiaotong University, a proposé une nouvelle stratégie de fabrication de nano-martensites utilisant l'ingénierie d'interface chimique (CBE), qui est différente de la Ingénierie des joints de grains qui utilisait les méthodes de traitement thermomécaniques traditionnelles dans le passé. Basé sur l'idée de conception selon laquelle le décalage de diffusion important entre les éléments d'alliage à haute température peut construire une interface chimique à haute densité (CB, définie comme la discontinuité du gradient de concentration d'au moins un élément dans une zone continue du réseau), l'équipe considère la différence de vitesse de diffusion des différents éléments d'alliage dans les matrices BCC-Ti et HCP-Ti, et sélectionne l'élément Cr à diffusion rapide à faible coût et l'élément lent -élément de diffusion Al, utilisant Ti-xCr-4.5 Zr-5.2 Al (x=1.8, 2,3, 2,8 % en poids) En tant que matériau modèle, l'alliage régule la densité de la chimie l interface à travers l'élément de diffusion rapide Cr. Le décalage de diffusion des éléments Cr et Al à haute température forme un CB à haute densité, qui peut diviser chaque grain en un grand nombre de nano-domaines pauvres en Cr et riches en Al. processus ultérieur de refroidissement à l'eau, la martensite (transformation structurelle) est plus susceptible de nucléer dans ces nano-domaines riches en Al ou pauvres en Cr, c'est-à-dire que ces nano-domaines riches en Al ou pauvres en Cr servent de sites nucléaires de nano-martensite, tandis que l'interface chimique sert de barrière à la croissance de la martensite, limitant sa croissance rapide.Sur la base du concept CBE, l'équipe a réussi à créer le plus petit nano-martensitique à ce jour dans le Ti-2.8 Cr{{32 }}.5 Zr-5.2 Alliage d'Al (la taille moyenne est de 20 ± 6 nm, comme illustré à la figure 1). En même temps, l'alliage de titane a le coût le plus bas, la résistance spécifique la plus élevée et un excellent plastique résistant correspondance de tous les matériaux d'alliage de titane martensitique actuellement signalés (comme le montre la figure 2), et a de bonnes perspectives d'application ts.La stratégie de conception d'ingénierie d'interface chimique proposée par l'équipe dépasse les limites du concept de conception de composition microstructure/alliage d'origine et de la méthode de traitement thermomécanique de l'alliage de titane, et fournit de nouvelles idées pour la conception d'alliages de titane avancés haute performance et d'autres métaux matériaux structuraux aux caractéristiques similaires. Matériaux de structure.

Répartition de la microstructure et de la composition de l'alliage nano-martensitique Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al après refroidissement à l'eau

Propriétés mécaniques de l'alliage nano-martensitique Ti-2.8 Cr-4.5 Zr-5.2 Al à température ambiante après refroidissement à l'eau et à l'air