Cik ciets ir titāna sakausējums?
Aviācijas un kosmosa dzinēju lāpstiņās, dziļjūras zondes spiediena korpusos un mākslīgo savienojumu sarežģītajās struktūrās titāna sakausējumi ar to unikālajām cietības īpašībām atbilst mūsdienu rūpniecības ārkārtējām prasībām. Šim materiālam, kas tiek saukts par "kosmosa metālu", nav vienas skaitliskās cietības vērtības, bet gan sarežģīts gobelēns, kas austs no sakausējuma sastāva, mikrostruktūras un termiskās apstrādes procesiem. No rūpnieciskā tīra titāna maiguma līdz titāna sakausējuma TC4 stingrībai, plašais titāna sakausējuma cietības diapazons atklāj nepārtrauktus sasniegumus materiālu zinātnē veiktspējas robežu virzienā.
Titāna sakausējumu cietība izriet no to kristāla struktūras un sakausējuma konstrukcijas. Tīram titānam istabas temperatūrā ir cieša-heksagonāla (HCP) struktūra, kā rezultātā tā sākotnējā cietība ir salīdzinoši zema; rūpnieciskā tīra titāna Vickers cietība parasti ir diapazonā no 70-120 HV. Pievienojot sakausējuma elementus, piemēram, alumīniju un vanādiju, titāna sakausējumu fāzes sastāvs tiek būtiski mainīts: -stabilizējošais elements alumīnijs veicina HCP struktūras stabilitāti, bet -stabilizējošais elements vanādijs paplašina korpusa -centrētas kubiskās (BCC) struktūras stabilo temperatūras diapazonu. Ņemot par piemēru TC4 (Ti-6Al-4V), tā atkvēlinātā cietība var sasniegt 32-38 HRC, un pēc novecošanas to var vēl vairāk palielināt līdz 36-44 HRC. Šis cietības lēciens rodas no "spalvai līdzīgās" struktūras, ko veido mainīgs smalko un fāžu izvietojums, kas efektīvi kavē dislokācijas kustību.
Termiskā apstrāde ir atslēga titāna sakausējumu cietības kontrolei. Šķīduma apstrāde izšķīdina fāzi augstā temperatūrā, kam seko ātra dzesēšana, lai iegūtu pārsātinātu cietu šķīdumu, liekot pamatu turpmākai sacietēšanai ar vecumu. Pēc šķīduma apstrādes 950 grādu temperatūrā TC4 titāna sakausējums tiek novecots 550 grādu temperatūrā 4 stundas, palielinot tā cietību no 32 HRC atkausētā stāvoklī līdz 42 HRC. Šis pieaugums ir saistīts ar vienmērīgu nanomēroga fāžu nogulsnēšanos matricā. -titāna sakausējumiem, piemēram, TB6, kriogēnā apstrāde (-196 grādi) var izraisīt martensīta fāzes transformāciju, palielinot cietību no 38 HRC līdz 45 HRC, vienlaikus saglabājot pagarinājumu par vairāk nekā 12%. Šāds līdzsvars starp cietību un stingrību padara to par ideālu izvēli lielas{18}}slodzes-komponentiem, piemēram, šasijai. Virsmas apstrādes tehnoloģijas ir pavērušas jaunas dimensijas titāna sakausējumu cietībai. Jonu implantācija var veidot 0,5 μm biezu titāna nitrīda slāni uz TC4 virsmas, palielinot virsmas cietību no 400 HV līdz 1200 HV un uzlabojot nodilumizturību vairāk nekā trīs reizes. Lāzera apšuvuma tehnoloģija, uz TA15 titāna sakausējuma virsmas sakausējot ar TiC{30}}pastiprinātu pārklājumu, sasniedz lokālo cietību 60 HRC, kas atbilst urbšanas instrumentu ārkārtējām nodilumizturības prasībām. Biomedicīnas jomā ar titāna nitrīda-pārklājumu mākslīgo savienojumu galviņas sasniedz ne tikai cietību, kas pārsniedz 2000 HV, bet arī samazina nodiluma pakāpi līdz 1/10 no kobalta-hroma sakausējumiem, ievērojami pagarinot implanta kalpošanas laiku.
Dažādi pielietojumi izvirza dažādas prasības titāna sakausējumu cietībai. Aviācijas un kosmosa industrijā ir nepieciešami materiāli, lai saglabātu cietību virs HRC40, vienlaikus saglabājot -temperatūras izturību virs 600 grādiem. TC18 titāna sakausējums sasniedz šo mērķi, izmantojot dubultās atkausēšanas procesu, saglabājot stabilu cietību 42HRC un šļūdes izturību 350MPa pie 650 grādiem. Kuģniecības inženierijai ir nepieciešami materiāli, lai saglabātu cietības stabilitāti jūras ūdens vidē. TA17 titāna sakausējums, pievienojot 0,1% pallādiju, uzrādīja tikai 5% cietības samazināšanos pēc iegremdēšanas 3,5% NaCl šķīdumā 1000 stundas, kas ir daudz labāks par 20% samazinājumu, kas novērots parastajiem titāna sakausējumiem. Sadzīves elektronikā -titāna sakausējumi, izmantojot aukstās velmēšanas deformāciju, sasniedz īpaši-augstu cietību, kas pārsniedz 800 HV, vienlaikus saglabājot 20% elastības deformācijas spēju, kas atbilst stingrajām prasībām attiecībā uz tālruņa salokāmā ekrāna eņģēm.
Titāna sakausējumu cietības raksturlielumi turpina paplašināt materiālu pielietojuma robežas, sākot no dziļjūras līdz kosmosam, no cilvēka ķermeņa līdz iekārtām. Ja dzinēja asmeņi, kas izgatavoti no TC4 titāna sakausējuma, saglabā cietības stabilitāti 1500 grādu leņķī, kad implantiem, kas pārklāti ar titāna nitrīdu, ir ilgstoša nodilumizturība cilvēka ķermeņa vidē un ja 3D-drukāti titāna sakausējuma strukturālie komponenti nodrošina precīzu sarežģīto ģeometriju un zinātnisko izrāvienu cietības saskaņošanu. augstas veiktspējas laikmetā, kas ir dziļi integrēts ar titāna sakausējumiem. Integrējot jaunas tehnoloģijas, piemēram, piedevu ražošanu un inteliģentu termisko apstrādi, titāna sakausējumu cietības kontrole ieies molekulārās-līmeņa precizitātes laikmetā, nodrošinot cilvēcei stingrāku materiālu atbalstu, lai izpētītu nezināmo.
