Im Vergleich zu Titanlegierungen mit herkömmlicher Korngröße (5-10 μm) haben ultrafeinkörnige Titanlegierungen nicht nur eine höhere Festigkeit und eine gute Kunststoffanpassung, sondern auch eine höhere Verschleißfestigkeit und bessere Biokompatibilität. Es ist in vielen wichtigen Anwendungsfeldern wie Luft- und Raumfahrt und Biomedizin sehr attraktiv. Die Herstellung und Verarbeitung ultrafeinkörniger Titanlegierungen ist jedoch äußerst schwierig, und die thermische Stabilität des Gefüges ist schlecht. Diese beiden Engpassprobleme schränken die Entwicklung und Anwendung ultrafeinkörniger Titanlegierungen ein.
Das Yang-Ke-Team des Instituts für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beschäftigt sich seit langem mit der Grundlagen- und angewandten Forschung zu neuen medizinischen Metallmaterialien. Kürzlich übernahmen die Teammitglieder Ren Ling, Wang Hai usw. die Mikrostruktur-Designidee „zweiphasige Schalenumhüllung ultrafeiner gleichachsiger Kristalle“ (Abb. 1) und verbesserten gleichzeitig die Mikrostruktur und die thermischen Eigenschaften von ultrafeinkörnigen Titanlegierungen aus Thermodynamik und Kinetik. Es verwendet auch die Kombination aus herkömmlicher Wärmebehandlung und thermischer Verarbeitung, um die Herstellung der oben genannten Mikrostruktur im großen Maßstab zu realisieren, und löst die beiden Engpassprobleme der schwierigen Herstellung und Verarbeitung von ultrafeinkörnigen Titanlegierungen und der geringen Strukturstabilität. und erhält eine hervorragende Leistung und eine ultrafeinkörnige kupferhaltige Titanlegierung mit hoher thermischer Stabilität. Kürzlich wurden entsprechende Forschungsergebnisse online in Nature Communications veröffentlicht.
Abb. 1
Das Forschungsteam hat sich in den letzten Jahren der integrierten Erforschung und Anwendung der Struktur und biologischen Funktion kupferhaltiger Titanlegierungen verschrieben. Auf Basis der bisherigen Forschungsarbeiten schlug das Team eine Präparationsstrategie „eutektoides Elementlegieren → Abschrecken → Heißverformung“ (EQD) für die Präparation ultrafeinkörniger Kupfer-Titan-Legierungen vor (Bild 2). Designideen für die Mikrostruktur axialer Kristalle. Diese Strategie ermöglicht die großtechnische Herstellung von ultrafeinkörnigen Ti6Al4V5Cu-Legierungen mit -Ti-Korngrößen im Bereich von 90–500 nm durch herkömmliche Wärmebehandlungsanlagen (Abb. 2).
Abb. 2
Gleichzeitig wird die während der thermischen Verformung gebildete zweiphasige /Ti2Cu-Wabenschalenstruktur zur Beschichtung der Körner verwendet, was die thermische Stabilität der ultrafeinen gleichachsigen Kornstruktur erheblich verbessert und die Instabilitätstemperatur des Materials auf 973 K erhöht ( { {3}}.55Tm) (Abbildung 3). Die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur der ultrafeinkörnigen Ti6Al4V5Cu-Legierung beträgt bis zu 1,5 GPa, und die Dehnung übersteigt 1 0 Prozent . Bei 650 Grad und einer Dehnungsrate von 0,01 s-1 überschreitet die Zugdehnung 1000 % (Abb. 1), wodurch eine superplastische Verformung erreicht wird.
Abb. 3
Darüber hinaus erfuhr die ultrafeinkörnige Ti6Al4V-5Cu-Legierung keine Kornvergröberung und kein Wachstum unter der thermomechanischen Kopplungsbedingung des Hochtemperaturstreckens (Abb. 4). Diese EQD-Strategie verwirklicht nicht nur die Herstellung einer ultrafeinen Kornstruktur mit hoher Leistung und hoher thermischer Stabilität anderer Titanlegierungen wie TiCu und TiZrCu, sondern wurde auch auf andere Legierungssysteme einschließlich Eisen- und Stahlmaterialien zur Herstellung von ultrafeinen Kornmetallmaterialien ausgedehnt . Sie bietet einen neuen Ansatz und ist von großer Bedeutung für das Design und die Erforschung ultrafeinkörniger metallischer Werkstoffe.
Abb. 4
Die obige Arbeit wurde vom Team von Yang Ke und Ren Ling vom Institute of Metals, dem Team von Qiu Dong vom Royal Melbourne Institute of Technology, Australien, und dem Team von Chen Xingqiu vom Shenyang National Research Center for Materials Science durchgeführt des Instituts für Metalle. Der Assistenzforscher Wang Hai vom Institute of Metals ist der Erstautor, und Renling Project Researcher vom Institute of Metals und Professor Qiu Dong von der RMIT University sind die korrespondierenden Autoren.
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