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众多钛合金中谁是”强度王“
发布时间:[2021-03-26]  查看次数:

  最新研究表明,一种新型改进钛合金已经出现在市面上,其强度优于其他任何的工业钛合金,成本却更低,因此有望运用于汽车零件的轻量化。

  
  钛金属的重量大约只有低碳钢的45%,由于比强度高,抗腐蚀性能优异等特点被广泛应用在各个工业领域。它经常与一些其他的金属混合,以此进一步提高强度。早在50年前,金属学家们就开始将钛与价格更为低廉的钒、铝金属混合,但制得的Ti185合金强度却时高时低,只有当铁元素聚集在特定区域,在材料中形成β区缺陷时,才能够达到很高的强度,因此Ti185合金在工业生产中极不稳定,产品质量参差不齐。
  
  6年前,太平洋西北国家实验室的研究人员针对以上问题,使用氢化钛粉末替代了熔融态钛金属,惊奇地发现改变这一原料,材料加工时间将会减半,所需能量也大大降低。
  
  但是只改变原料还远远不够,为了得到更高强度,更低成本的工业钛合金,科研人员们一步步改善着钛合金的热处理工艺。就像中世纪的铁匠在熔炉旁手工锻造挥洒着勤劳的汗水,实验室的研究人员们在科学的探索中奉献着热血的青春。最终,他们找到了最合适的热处理温度,并且发现在较低温度热处理之前通过使用高温预处理,得到的钛合金比目前市面上的钛合金强度高出10%到15%。对于在汽车零件上的应用,虽然钛合金成本相比于钢铁仍然较高,但是比钢铁高一倍的强度,大大提高了钛合金的竞争力。
  
  4月1号,在 Nature Communications上发表的文章表明,研究人员通过对以上热处理后的钛合金进行原子探针层析成像系统分析,进一步研究了单个原子在三维结构上的分布规律。也就是在1450华氏度的高温处理后,材料微观组织中出现了纳米和微米沉淀区域——在β基体上出现了聚集的α相,而铝原子和钛原子倾向于向纳米尺度的α相沉淀中移动,钒原子和铁原子则存在于β基体中。这独特的纳米层次结构就是能够得到目前最高强度的钛合金的原因。
  
  就像科研人员之一的Devaraj说的那样,我们现在知道了钛合金为何能够达到如此高的强度,明白了它微观结构上发生了什么变化,因此可以大胆推测,我们也能够通过改变其他金属的微观结构,来进一步改进它们的性能。铝比钛廉价,如果将铝合金制成与Ti185一样的纳米层次结构,也许那也能够推动汽车轻量化的发展。
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