MIT pētnieki identificē ceļus uz spēcīgākiem titāna sakausējumiem
Rezultāti ir aprakstīti žurnālā Advanced Materials Shaolou Wei ScD '22, profesora C. Cem Tasan, pēcdoktora Kyung-Shik Kim un Džona Folca no ATI Inc. rakstā. Pēc komandas domām, uzlabojumi rodas, pielāgojot sakausējuma ķīmiskais sastāvs un režģa struktūra, vienlaikus pielāgojot arī apstrādes metodes, ko izmanto materiāla ražošanai rūpnieciskā mērogā.
Titāna sakausējumi ir bijuši svarīgi to izcilo mehānisko īpašību, izturības pret koroziju un viegluma dēļ salīdzinājumā ar tēraudu. Rūpīgi izvēloties sakausējuma elementus un to relatīvās proporcijas, kā arī materiāla apstrādes veidu, "jūs varat izveidot dažādas struktūras, un tas rada lielu rotaļu laukumu, lai iegūtu labas īpašību kombinācijas gan kriogēnai, gan paaugstinātai temperatūrai." Tasans saka.
Taču šim lielajam iespēju klāstam, savukārt, ir nepieciešams veids, kā vadīt atlasi, lai ražotu materiālu, kas atbilst konkrēta pielietojuma īpašajām vajadzībām. Jaunajā pētījumā aprakstītie analīzes un eksperimentu rezultāti sniedz šādus norādījumus.
Titāna sakausējumu struktūra līdz pat atomu skalai nosaka to īpašības, skaidro Tasans. Un dažos titāna sakausējumos šī struktūra ir vēl sarežģītāka, un to veido divas dažādas sajauktas fāzes, kas pazīstamas kā alfa un beta fāzes.
"Šīs dizaina pieejas galvenā stratēģija ir ņemt vērā dažādu mērogu apsvērumus," viņš saka. "Viena skala ir atsevišķa kristāla struktūra. Piemēram, rūpīgi izvēloties sakausējuma elementus, var iegūt ideālāku alfa fāzes kristāla struktūru, kas nodrošina konkrētus deformācijas mehānismus. Otra skala ir polikristālu skala, kas ietver mijiedarbību. alfa un beta fāzē, šeit izmantotā pieeja ietver dizaina apsvērumus abiem.
Papildus pareizo sakausējuma materiālu un proporciju izvēlei svarīga loma izrādījās apstrādes posmiem. Paņēmiens, ko sauc par šķērsvirzīšanu, ir vēl viena atslēga, lai sasniegtu izcilu spēka un elastības kombināciju, atklāja komanda.
Strādājot kopā ar ATI pētniekiem, komanda pārbaudīja dažādus sakausējumus zem skenējošā elektronu mikroskopa, jo tie tika deformēti, atklājot sīkāku informāciju par to, kā to mikrostruktūras reaģē uz ārējo mehānisko slodzi. Viņi atklāja, ka pastāv īpašs parametru kopums - sastāvs, proporcijas un apstrādes metode -, kas radīja struktūru, kurā alfa un beta fāzes vienmērīgi sadala deformāciju, mazinot plaisāšanas tendenci, kas, iespējams, rodas starp fāzēm, kad tās reaģē. savādāk. "Fāzes deformējas harmonijā," saka Tasans. Viņi atklāja, ka šī kooperatīvā reakcija uz deformāciju var dot izcilu materiālu.
"Mēs apskatījām materiāla struktūru, lai izprastu šīs divas fāzes un to morfoloģijas, un mēs apskatījām to ķīmisko sastāvu, veicot lokālu ķīmisko analīzi atomu mērogā. Mēs pieņēmām plašu metožu klāstu, lai kvantitatīvi noteiktu dažādas materiāla īpašības. vairāku garumu svari, saka Tasans, kurš ir POSCO materiālzinātnes un inženierzinātņu profesors un metalurģijas asociētais profesors. "Kad mēs skatāmies uz titāna sakausējumu vispārējām īpašībām, kas ražotas saskaņā ar to sistēmu, īpašības ir daudz labākas nekā. salīdzināmi sakausējumi."
Tas bija nozares atbalstīts akadēmisks pētījums, kura mērķis bija pierādīt dizaina principus sakausējumiem, kurus var komerciāli ražot lielā mērogā, norāda Tasans. "Tas, ko mēs darām šajā sadarbībā, patiešām ir uz fundamentālu izpratni par kristāla plastiskumu," viņš saka. "Mēs parādām, ka šī dizaina stratēģija ir apstiprināta, un mēs zinātniski parādām, kā tā darbojas," viņš piebilst, norādot, ka joprojām ir daudz iespēju turpmākiem uzlabojumiem.
Runājot par šo atklājumu iespējamo pielietojumu, viņš saka: "Jebkurā kosmosa lietojumā, kur ir noderīga uzlabota izturības un elastības kombinācija, šāda veida izgudrojums sniedz jaunas iespējas."
Darbu atbalstīja ATI Specialty Rolled Products un izmantoja MIT Nano un Hārvardas Universitātes Nanomēroga sistēmu centra iekārtas.
