Az MIT kutatói azonosítják az erősebb titánötvözetek útját
Az eredményeket az Advanced Materials folyóirat írja le Shaolou Wei ScD '22, C. Cem Tasan professzor, Kyung-Shik Kim posztdoktor és John Foltz (ATI Inc.) közleményében. A fejlesztések a csapat szerint a az ötvözet kémiai összetétele és rácsszerkezete, miközben az anyag ipari méretekben történő előállításához használt feldolgozási technikákat is módosítani kell.
A titánötvözetek kivételes mechanikai tulajdonságaik, korrózióállóságuk és az acélhoz képest könnyű súlyuk miatt voltak fontosak. Az ötvözőelemek és relatív arányaik, valamint az anyag feldolgozási módjának gondos megválasztásával "különféle szerkezeteket hozhat létre, és ez egy nagy játszóteret teremt a jó tulajdonságkombinációkhoz, kriogén és magas hőmérsékleten egyaránt." – mondja Tasan.
A lehetőségek e nagy választéka viszont megköveteli a kiválasztást egy olyan anyag előállításához, amely megfelel egy adott alkalmazás speciális igényeinek. Az új tanulmányban leírt elemzések és kísérleti eredmények erre adnak útmutatást.
A titánötvözetek szerkezete, egészen az atomi léptékig, szabályozza tulajdonságaikat, magyarázza Tasan. És egyes titánötvözeteknél ez a szerkezet még összetettebb, két különböző, egymással kevert fázisból, úgynevezett alfa- és béta-fázisból áll.
"E tervezési megközelítésben a kulcsfontosságú stratégia a különböző léptékű szempontok figyelembe vétele" - mondja. "Az egyik skála az egyes kristályok szerkezete. Például az ötvözőelemek gondos megválasztásával az alfa fázis ideálisabb kristályszerkezetét kaphatja meg, amely lehetővé teszi bizonyos deformációs mechanizmusokat. A másik skála a polikristály skála, amely kölcsönhatásokat foglal magában. Az alfa- és bétafázisok közül tehát az itt követett megközelítés mindkettőnél tervezési szempontokat is magában foglal.
A megfelelő ötvözőanyagok és arányok megválasztása mellett a feldolgozás lépései is fontos szerepet játszottak. A kereszthengerlésnek nevezett technika egy másik kulcs az erő és a hajlékonyság kivételes kombinációjának eléréséhez – állapította meg a csapat.
Az ATI kutatóival együttműködve a csapat különféle ötvözeteket tesztelt pásztázó elektronmikroszkóp alatt, miközben azok deformálódtak, így kiderült, hogyan reagálnak mikroszerkezeteik a külső mechanikai terhelésre. Azt találták, hogy van egy meghatározott paraméterkészlet - az összetétel, az arányok és a feldolgozási módszer -, amely olyan szerkezetet eredményezett, amelyben az alfa- és béta-fázisok egyenletesen osztották meg a deformációt, csökkentve a repedési hajlamot, amely valószínűleg előfordulhat a fázisok között, amikor reagálnak. eltérően. "A fázisok harmóniában deformálódnak" - mondja Tasan. Ez a deformációra adott kooperatív válasz kiváló anyagot eredményezhet.
"Megvizsgáltuk az anyag szerkezetét, hogy megértsük ezt a két fázist és morfológiájukat, és megvizsgáltuk kémiájukat atomi léptékű helyi kémiai analízissel. Sokféle technikát alkalmaztunk az anyag különböző tulajdonságainak számszerűsítésére. többszörös hosszúságú mérlegek, mondja Tasan, aki a POSCO anyagtudományi és mérnöki professzora, valamint a kohászat docense. "Ha a rendszerük szerint előállított titánötvözetek általános tulajdonságait nézzük, a tulajdonságok sokkal jobbak, mint. hasonló ötvözetek."
Tasan szerint ez az ipar által támogatott tudományos kutatás volt, amelynek célja az volt, hogy bebizonyítsa a kereskedelemben nagy mennyiségben gyártható ötvözetek tervezési elveit. "Amit ebben az együttműködésben teszünk, az valójában a kristály plaszticitás alapvető megértése felé irányul" - mondja. "Megmutatjuk, hogy ezt a tervezési stratégiát validálták, és tudományosan megmutatjuk, hogyan működik" - teszi hozzá, megjegyezve, hogy van még hová fejlődni.
Ami ezeknek az eredményeknek a lehetséges alkalmazásait illeti, azt mondja: "Minden repülőgép-ipari alkalmazásban, ahol az erő és a hajlékonyság jobb kombinációja hasznos, ez a fajta találmány új lehetőségeket kínál."
A munkát az ATI Specialty Rolled Products, valamint az MIT Nano és a Harvard Egyetem Nanoscale Systems Központja használt létesítményei támogatták.
