Al, V, Nb, Ta... Atles de socis de múltiples-elements d'aliatges de titani: com aconsegueixen els elements 60+ el rendiment a la-personalització a la demanda?(Ⅱ)

Els estabilitzadors β-isomorfs comparteixen l'estructura cristal·lina BCC del titani i presenten una solubilitat sòlida completa en la fase β-. Aquests elements-Mo, V, Nb, Ta, W-formen la columna vertebral dels aliatges de titani α+β i β-.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50% del consum mundial de titani. Les addicions de V del 4% en pes deprimeixen el β-transus suficientment per permetre microestructures de dues-fases amb aproximadament un 10-50% de fase β-a temperatura ambient.

V proporciona diverses funcions crítiques:

Retenció β: Permet el control microestructural mitjançant tractament tèrmic

Resistència sense fragilitat: a diferència de l'enfortiment intersticial, V manté la ductilitat alhora que contribueix a l'enfortiment de la solució sòlida.

Fabricabilitat: la microestructura de dues-fàsiques ofereix un equilibri òptim de treballabilitat en calent i propietats mecàniques finals.

Mo és aproximadament el doble d'efectiu que V en l'estabilització de la fase β-, quantificat mitjançant el concepte d'equivalència de molibdè ([Mo]eq). Cada 1% en pes de Mo proporciona un poder estabilitzador β-equivalent a aproximadament un 2% en pes de V .

Control de fase: en aliatges com el Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (utilitzat per a fixacions aeroespacials d'alta resistència), Mo permet una retenció completa de β en l'extinció, seguida d'una precipitació controlada d'α durant l'envelliment.

Resistència a la corrosió: les addicions de Mo milloren la passivitat en ambients àcids reductors. Els aliatges de Ti-Mo formen pel·lícules passives que contenen MoO₃ barrejat amb TiO₂, proporcionant una estabilitat superior a les solucions d'HCl en comparació amb el titani no aliat.

Avenços recents: Zhang et al. va demostrar que els aliatges que contenen Mo- amb addicions controlades de N aconsegueixen propietats excepcionals mitjançant estructures de làmines heterogènies. El seu aliatge Ti-2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N va aconseguir una resistència a la fluència de 1532 MPa amb un allargament uniforme del 10,2%, situant-lo entre les millors combinacions reportades per als aliatges de titani.

Nb i Ta han guanyat protagonisme a les aplicacions biomèdiques on la biocompatibilitat{0}}a llarg termini és essencial. A diferència de V, que planteja problemes de citotoxicitat, Nb i Ta són fisiològicament inerts.

Disseny de mòdul baix: les addicions de Nb permeten β-aliatges de titani amb mòduls elàstics per sota de 50 GPa-apropant-se als 10-30 GPa de l'os i molt per sota dels 110 GPa de Ti-6Al-4V. Els aliatges Ti-35Nb-7Zr-5Ta exemplifiquen aquest enfocament, combinant Nb amb Zr i Ta per reduir la protecció contra l'estrès en implants ortopèdics.

Millora de la pel·lícula passiva: els òxids de Nb i Ta s'incorporen a la pel·lícula passiva superficial, augmentant la seva estabilitat i resistència a la corrosió. En entorns que contenen clorur-, les pel·lícules passives modificades Nb- mostren una densitat de defectes puntuals reduïda i una resistència millorada a la ruptura localitzada .

Estudis sistemàtics recents de Gautier et al. van examinar les addicions de W, Ta i Hf per a aplicacions d'-alta temperatura. Després d'una exposició de 5000 h a 650 °C a l'aire, W va demostrar la reducció més pronunciada de la cinètica d'oxidació.

Mecanisme: W promou la formació de Ti₂N a la interfície òxid/metall, creant una capa rica en nitrogen-que redueix la dissolució d'oxigen a l'aliatge a granel. L'aliatge ternari Ti-10Al-2W (at%) va superar l'aliatge comercial d'alta temperatura Ti6242S en resistència a l'oxidació.

Compartiment-: W és dens (19,3 g/cm³) i les addicions pesades neguen l'avantatge de densitat del titani. El repte consisteix a identificar les concentracions mínimes (normalment<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

Els elements-formadors d'eutectoides-Fe, Cr, Ni, Cu, Si-també deprimeixen el β-transus, però es diferencien dels estabilitzadors isomorfs en la seva capacitat de formar compostos intermetàl·lics mitjançant la descomposició eutectoide.
 

Fe és un estabilitzador β-potent i econòmic. La seva ràpida velocitat de difusió permet una resposta ràpida al tractament tèrmic, però també afavoreix la segregació durant la solidificació. Els aliatges que contenen Fe- requereixen un processament acurat per evitar les regions β{-motejades-localitzades d'estabilitzador β-enriquit que produeixen propietats mecàniques no-uniformes .
 

Les addicions de Si de 0,1-0,5% en pes són estàndard en aliatges d'-α alta-temperatura (per exemple, Ti-6242S, IMI 834). Si confereix dos avantatges:

Enfortiment de la solució sòlida: Si en solució impedeix l'ascens de la dislocació a temperatures elevades

Precipitació de siliciur: la fina (Ti,Zr)₅Si₃ precipita els límits i els sub{0}}limits de gra, retardant la deformació de fluència

Treballs recents de Gautier et al. va confirmar que el Si, combinat amb elements refractaris, proporciona millores sinèrgiques tant en la resistència a la fluència com a l'oxidació a 600-650 °C.
 

Zr, Hf i Sn exerceixen una influència mínima sobre la temperatura β-transus, però proporcionen un enfortiment substancial de la solució sòlida tant en les fases α com en β.

Zr és completament miscible amb Ti en les fases α i β-una característica única que sorgeix de les seves posicions al grup IVB de la taula periòdica. Aquesta solubilitat completa permet:

Enfortiment sense inestabilitat de fase: les addicions de Zr augmenten la resistència mitjançant mecanismes de solució sòlida sense alterar l'equilibri de fases, simplificant el disseny de l'aliatge.

Millora de la corrosió: en entorns marins, els aliatges que contenen Zr-formen pel·lícules passives més estables. El ZrO₂ s'incorpora a la capa de TiO₂, reduint la concentració de vacants d'oxigen i augmentant la resistència a l'atac del clorur.

Descobriments recents: els estudis sobre aliatges Ti575 (Ti-5Al-7,5V-0,5Si) que comparen les addicions de Mo i Zr van demostrar que, tot i que Zr proporciona menys refinament α que Mo, afavoreix la precipitació de silici reduint les barreres de nucleació.

Sn proporciona l'enfortiment de la solució sòlida sense alterar significativament l'estabilitat de fase. En aliatges d'-alta temperatura (Ti-6242, Ti-1100), Sn contribueix a la resistència a la fluència mitjançant efectes de solució sòlida i modificant el comportament de la precipitació del siliciur.

   Continuant...

Contacta ara