Al، V، Nb، Ta…

تثبیت‌کننده‌های β{0}}ایزومورف ساختار کریستالی BCC تیتانیوم را به اشتراک می‌گذارند و حلالیت جامد کامل را در فاز β- نشان می‌دهند. این عناصر -Mo، V، Nb، Ta، W- ستون فقرات آلیاژهای α+β و β-تیتانیوم را تشکیل می‌دهند.

V is the classic β-stabilizer in Ti-6Al-4V, the most widely used titanium alloy accounting for >50 درصد مصرف جهانی تیتانیوم V افزودن 4 درصد وزنی، β-ترانسوس را به اندازه کافی کاهش می‌دهد تا ریزساختارهای دو فازی با تقریباً 10 تا 50 درصد فاز β- در دمای اتاق فعال شود.

V چندین عملکرد حیاتی را ارائه می دهد:

حفظ β: کنترل ریزساختاری را از طریق عملیات حرارتی امکان پذیر می کند

استحکام بدون شکنندگی: برخلاف تقویت کننده های بینابینی، V شکل پذیری را حفظ می کند و در عین حال به تقویت محلول جامد کمک می کند.

قابلیت ساخت: ریزساختار دو فازی، تعادل بهینه کارایی گرم و خواص مکانیکی نهایی را ارائه می‌کند.

Mo تقریباً دو برابر V در تثبیت فاز β، که از طریق مفهوم هم ارزی مولیبدن ([Mo]eq) اندازه‌گیری می‌شود، مؤثر است. هر 1 درصد وزنی مو، توان تثبیت کننده β- معادل تقریباً 2 درصد وزنی ولت را فراهم می کند.

کنترل فاز: در آلیاژهایی مانند Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si (برای اتصال دهنده‌های هوافضا با استحکام بالا استفاده می‌شود)، Mo باعث می‌شود که بتا احتباس کامل در خاموش شدن، و به دنبال آن بارش α کنترل‌شده در طول پیری ایجاد شود.

مقاومت در برابر خوردگی: افزودن مو باعث افزایش انفعال در محیط های اسیدی می شود. آلیاژهای Ti{1} Mo فیلم‌های غیرفعال حاوی MoO3 مخلوط با TiO2 را تشکیل می‌دهند که در مقایسه با تیتانیوم بدون آلیاژ، پایداری بالاتری در محلول‌های HCl ایجاد می‌کنند.

پیشرفت های اخیر: ژانگ و همکاران. نشان داد که آلیاژهای حاوی مو{1}} با افزودن نیتروژن کنترل‌شده به خواص استثنایی از طریق ساختارهای لاملا ناهمگن دست می‌یابند. آلیاژ Ti{9}}2.8Cr-4.5Zr-5.2Al-0.4N آنها به استحکام تسلیم 1532 مگاپاسکال با 10.2 درصد کشیدگی یکنواخت دست یافت و آن را در میان بهترین ترکیبات گزارش شده برای آلیاژهای تیتانیوم قرار داد.

Nb و Ta در کاربردهای زیست پزشکی که سازگاری زیستی بلندمدت ضروری است، شهرت یافته اند. بر خلاف V، که نگرانی های سمیت سلولی را افزایش می دهد، Nb و Ta از نظر فیزیولوژیکی بی اثر هستند.

طراحی مدول کم: افزودن‌های Nb آلیاژهای β-تیتانیوم را با مدول‌های الاستیک زیر 50 گیگا پاسکال-به 10 تا 30 گیگا پاسکال استخوان و بسیار کمتر از 110 گیگا پاسکال Ti-6Al-4V نزدیک می‌کنند. آلیاژهای Ti-35Nb-7Zr-5Ta نمونه ای از این رویکرد هستند و Nb را با Zr و Ta ترکیب می کنند تا محافظ استرس در ایمپلنت های ارتوپدی را کاهش دهند.

افزایش فیلم غیرفعال: اکسیدهای Nb و Ta در لایه غیرفعال سطح ترکیب می شوند و پایداری و مقاومت در برابر خوردگی آن را افزایش می دهند. در محیط‌های حاوی کلرید، فیلم‌های غیرفعال اصلاح‌شده Nb- چگالی نقص نقطه‌ای کاهش یافته و مقاومت بیشتری در برابر شکست موضعی نشان می‌دهند.

مطالعات سیستماتیک اخیر توسط Gautier و همکاران. اضافه‌های W، Ta و Hf را برای برنامه‌های{1}در دمای بالا بررسی کرد. پس از 5000 ساعت قرار گرفتن در دمای 650 درجه سانتیگراد در هوا، W بیشترین کاهش را در سینتیک اکسیداسیون نشان داد.

مکانیسم: W تشکیل Ti2N را در سطح مشترک اکسید/فلز ترویج می‌کند و یک لایه{0}غنی از نیتروژن ایجاد می‌کند که انحلال اکسیژن در آلیاژ حجیم را کاهش می‌دهد. آلیاژ سه تایی Ti-10Al-2W (at%) در مقاومت در برابر اکسیداسیون از آلیاژ تجاری با دمای بالا Ti6242S بهتر عمل کرد.

کاهش{0}}: W متراکم است (19.3 گرم بر سانتی‌متر مربع)، و افزوده‌های سنگین مزیت چگالی تیتانیوم را نفی می‌کند. چالش در شناسایی حداقل غلظت ها نهفته است (معمولا<2 wt%) that provide oxidation benefits without unacceptable weight penalties.

یوتکتوئید-عناصر تشکیل دهنده-آهن، کروم، نیکل، مس، سی-همچنین ترانزوس β- را کاهش می‌دهند، اما از نظر توانایی آنها برای تشکیل ترکیبات بین فلزی از طریق تجزیه یوتکتوئیدی، با پایدارکننده‌های هم شکل متفاوت هستند.
 

Fe یک تثبیت کننده قوی و ارزان قیمت β- است. سرعت انتشار سریع آن پاسخ سریع به عملیات حرارتی را ممکن می‌سازد، اما همچنین جداسازی را در طول انجماد افزایش می‌دهد. آلیاژهای حاوی Fe{3}}به پردازش دقیق نیاز دارند تا از بتا{4}}انعکاس-مناطق موضعی تثبیت کننده β-غنی شده که خواص مکانیکی غیریکنواختی ایجاد می‌کنند جلوگیری شود.
 

افزودن Si از 0.1 تا 0.5 درصد وزنی در آلیاژهای با دمای نزدیک{2} α{3} استاندارد است (به عنوان مثال، Ti-6242S، IMI 834). Si دو مزیت دارد:

تقویت محلول جامد: سی در محلول مانع از صعود نابجایی در دماهای بالا می شود

بارش سیلیسید: ریز (Ti,Zr)₅Si3 مرزهای دانه پین ​​و مرزهای فرعی را رسوب می دهد و تغییر شکل خزش را به تاخیر می اندازد.

کار اخیر گوتیه و همکاران. تایید کرد که سی، همراه با عناصر دیرگداز، بهبودهای هم افزایی را در مقاومت در برابر خزش و اکسیداسیون در دمای 600-650 درجه سانتیگراد ایجاد می کند.
 

Zr، Hf، و Sn کمترین تأثیر را روی دمای β{0}}ترانسوس دارند، اما تقویت محلول جامد قابل توجهی را در هر دو فاز α و β ایجاد می‌کنند.

Zr در هر دو فاز α و β کاملاً با Ti قابل اختلاط است-یک مشخصه منحصر به فرد ناشی از موقعیت آنها در گروه IVB جدول تناوبی. این حلالیت کامل امکان:

تقویت بدون ناپایداری فاز: افزودن Zr از طریق مکانیسم های محلول جامد بدون تغییر تعادل فاز، استحکام را افزایش می دهد و طراحی آلیاژ را ساده می کند.

افزایش خوردگی: در محیط‌های دریایی، آلیاژهای حاوی Zr{0}} لایه‌های غیرفعال پایدارتری را تشکیل می‌دهند. ZrO2 در لایه TiO2 گنجانده می شود و غلظت جای خالی اکسیژن را کاهش می دهد و مقاومت در برابر حمله کلرید را افزایش می دهد.

یافته‌های اخیر: مطالعات روی آلیاژهای Ti575 (Ti-5Al-7.5V-0.5Si) با مقایسه افزودن‌های Mo و Zr نشان داد که در حالی که Zr پالایش α کمتری نسبت به Mo ارائه می‌کند، با کاهش موانع هسته‌زایی، باعث افزایش بارش سیلیسید می‌شود.

Sn تقویت محلول جامد را بدون تغییر قابل توجهی در پایداری فاز فراهم می کند. در آلیاژهای با دمای بالا (Ti-6242، Ti-1100)، Sn از طریق اثرات محلول جامد و با اصلاح رفتار بارش سیلیسید به مقاومت خزش کمک می کند.

   ادامه...

اکنون تماس بگیرید