Kiek kietas yra titano lydinys?

Aviacijos ir erdvėlaivių variklių mentėse, giluminių{0}}jūrų zondų slėgio korpusuose ir sudėtingose ​​dirbtinių jungčių struktūrose titano lydiniai, pasižymintys unikaliomis kietumo savybėmis, atitinka ekstremalius šiuolaikinės pramonės reikalavimus. Ši medžiaga, vadinama „kosminiu metalu“, neturi vienos skaitinės kietumo vertės, o veikiau sudėtingas gobelenas, išaustas iš lydinio sudėties, mikrostruktūros ir terminio apdorojimo procesų. Nuo pramoninio gryno titano minkštumo iki TC4 titano lydinio kietumo – platus titano lydinio kietumo diapazonas atskleidžia nuolatinius medžiagų mokslo proveržius siekiant eksploatacinių savybių ribų.

Titano lydinių kietumas kyla dėl jų kristalinės struktūros ir lydinio konstrukcijos. Kambario temperatūroje grynas titanas pasižymi glaudžia šešiakampe (HCP) struktūra, todėl pradinis kietumas yra palyginti mažas; pramoninio gryno titano Vickerso kietumas paprastai yra 70-120 HV. Pridėjus legiravimo elementų, tokių kaip aliuminis ir vanadis, titano lydinių fazinė sudėtis iš esmės pasikeičia: -stabilizuojantis elementas aliuminis skatina HCP struktūros stabilumą, o -stabilizuojantis elementas vanadis išplečia stabilų kūno -centruotos kubinės (BCC) struktūros temperatūros diapazoną. Pavyzdžiui, TC4 (Ti-6Al-4V), jo atkaitintas kietumas gali siekti 32-38 HRC, o po senėjimo apdorojimo jį galima dar padidinti iki 36-44 HRC. Šis kietumo šuolis atsiranda dėl „plunksnos“ struktūros, suformuotos kintant smulkmenų ir fazių išdėstymui, kuri veiksmingai trukdo dislokacijos judėjimui.

Terminis apdorojimas yra raktas į titano lydinių kietumo kontrolę. Apdorojant tirpalu fazė ištirpsta aukštoje temperatūroje, po to greitai atšaldoma, kad gautųsi persotintas kietas tirpalas, paklodamas pagrindą tolesniam kietėjimui senatvėje. Po apdorojimo tirpalu 950 laipsnių temperatūroje TC4 titano lydinys 4 valandas sendinamas 550 laipsnių temperatūroje, padidinant jo kietumą nuo 32 HRC atkaitintoje būsenoje iki 42 HRC. Tokį padidėjimą nulėmė vienodas nanoskalės fazių nusodinimas matricoje. -titano lydiniams, tokiems kaip TB6, kriogeninis apdorojimas (-196 laipsniai) gali sukelti martensitinės fazės transformaciją, padidindamas kietumą nuo 38 HRC iki 45 HRC, išlaikant daugiau nei 12 % pailgėjimą. Dėl tokio kietumo ir kietumo pusiausvyros jis yra idealus pasirinkimas didelę{18}}apkrovą{26}}laikantiems komponentams, pvz., važiuoklei. Paviršiaus apdorojimo technologijos atvėrė naujus titano lydinių kietumo matmenis. Jonų implantacija gali suformuoti 0,5 μm storio titano nitrido sluoksnį ant TC4 paviršiaus, padidindamas paviršiaus kietumą nuo 400 HV iki 1200 HV ir padidindamas atsparumą dilimui daugiau nei tris kartus. Naudojant lazerinę dengimo technologiją, ant TA15 titano lydinio paviršiaus sulydant TiC{30}}sustiprintą dangą, vietinis kietumas yra 60 HRC, atitinkantis ypatingus gręžimo įrankių atsparumo dilimui reikalavimus. Biomedicinos srityje titano nitridu{34}}dengtos dirbtinės jungties galvutės ne tik pasiekia 2000 HV didesnį kietumą, bet ir sumažina dėvėjimosi greitį iki 1/10 kobalto ir chromo lydinių, taip žymiai pailgindamos implanto tarnavimo laiką.

Skirtingi pritaikymai kelia skirtingus reikalavimus titano lydinių kietumui. Aviacijos ir kosmoso pramonei reikalingos medžiagos, kurių kietumas būtų didesnis nei HRC40, o atsparumas aukštai{2}}temperatūrai viršija 600 laipsnių. TC18 titano lydinys pasiekia šį tikslą per dvigubo atkaitinimo procesą, išlaikant stabilų 42 HRC kietumą ir 350 MPa valkšnumo stiprumą esant 650 laipsnių kampui. Jūrų inžinerijai reikalingos medžiagos, kad būtų išlaikytas kietumo stabilumas jūros vandens aplinkoje. TA17 titano lydinys, pridėjus 0,1% paladžio, parodė tik 5% kietumo sumažėjimą po panardinimo į 3,5% NaCl tirpalą 1000 valandų, daug geriau nei 20% sumažėjo įprastų titano lydinių. Buitinėje elektronikoje -titano lydiniai dėl šalto valcavimo deformacijos pasiekia itin-didelį kietumą, viršijantį 800 HV, išlaikant 20 % elastingumą ir atitinka griežtus sulankstomo ekrano telefono vyrių reikalavimus.

Nuo gilios jūros iki gilios erdvės, nuo žmogaus kūno iki mašinų, titano lydinių kietumo charakteristikos ir toliau plečia medžiagų taikymo ribas. Kai variklio mentės, pagamintos iš TC4 titano lydinio, išlaiko kietumo stabilumą 1500 laipsnių kampu, kai titano nitridu padengti implantai turi ilgalaikį atsparumą dilimui žmogaus kūno aplinkoje ir kai 3D -spausdinti titano lydinio konstrukciniai komponentai leidžia tiksliai suderinti sudėtingas geometrijas ir kietumą. didelio našumo eros-, giliai integruotas su titano lydiniais. Integravus naujas technologijas, pvz., priedų gamybą ir išmanųjį terminį apdorojimą, titano lydinių kietumo kontrolė pateks į molekulinio-lygio tikslumo erą, suteikdama tvirtesnę materialinę paramą žmonijai tyrinėti nežinomybę.