Hợp kim Titan Molypden: Cấu trúc pha, độ cứng và tính chất cơ học

Hợp kim titan-molypden là một nhóm hợp kim titan nhị phân nhỏ gọn,{1}}được nghiên cứu kỹ lưỡng, trong đó molypden đóng vai trò là thành phần ổn định beta{2}}. Ngay cả những thay đổi nhỏ về hàm lượng molypden cũng di chuyển hợp kim qua một loạt cấu trúc pha và mỗi pha mang lại sự cân bằng khác nhau về độ cứng, độ bền uốn và độ cứng. Do đó, công trình đã xuất bản về hợp kim Ti-Mo nhị phân chứa 6 đến 20% trọng lượng Mo là điểm tham chiếu hữu ích khi chọn vật liệu titan có-mô đun thấp hoặc-có độ cứng cao.

Cấu trúc pha của hợp kim Ti{0}}Mo nhị phân

Kết quả thí nghiệm cho thấy cấu trúc tinh thể và hình thái của hợp kim Ti{0}}Mo đúc rất nhạy cảm với hàm lượng molypden của chúng. Trình tự này diễn ra lũy tiến chứ không đột ngột, đó là lý do tại sao mức molypden là biến số đầu tiên cần khắc phục trong bất kỳ thông số kỹ thuật nào.

Hàm lượng molypden	Cấu trúc chiếm ưu thế	Ghi chú hình thái
Titan tinh khiết thương mại	Alpha lục giác-số nguyên tố ( ')	hình thái giống lông vũ-
6% khối lượng Mo	Alpha trực thoi martensitic hình kim mịn-gấp đôi-nguyên tố ( ″)	Mactenxit dạng hạt mịn
7,5% khối lượng Mo	Martensitic ″ thống trị toàn bộ hợp kim	Cấu trúc ″ trội đơn
10 wt% Mo trở lên	Giai đoạn beta được giữ lại ( )	trở thành giai đoạn chính duy nhất

Ở mức thấp nhất của phạm vi, pha 'lục giác của titan nguyên chất về mặt thương mại nhường chỗ cho cấu trúc martensitic hình kim mịn khi molypden đạt khoảng 6% trọng lượng. Ở mức 7,5% trọng lượng Mo, toàn bộ hợp kim bị chi phối bởi cấu trúc martensitic. Từ khoảng 10% khối lượng Mo trở lên, pha được giữ lại trở thành pha chính duy nhất và vật liệu này hoạt động giống như hợp kim titan beta chứ không phải là hợp kim martensitic.

Độ cứng trên dòng Ti{0}}Mo

Độ cứng theo dõi cấu trúc pha. Trong số tất cả các hợp kim Ti{1}}Mo được kiểm tra, hợp kim pha ″ Ti-7,5Mo có độ cứng thấp nhất, trong khi các hợp kim pha chứa 10 và 12,5 wt% Mo có độ cứng cao nhất. Độ cứng vi mô của Ti-7.5Mo thấp hơn Ti-6Al-4V 10,5% và thấp hơn Ti-13Nb-13Zr 7,7%.

Ti-7.5Mo ( ″)- loại mềm nhất trong chuỗi nhị phân và mềm hơn cả Ti-6Al-4V và Ti-13Nb-13Zr về độ cứng vi mô.

Ti-10Mo và Ti-12.5Mo ( )- điểm khó nhất trong chuỗi, phản ánh cấu trúc beta được giữ lại hoàn toàn.

Đọc thực hànhĐộ cứng - tăng khi cấu trúc chuyển từ ″ sang , do đó hàm lượng molypden có thể được sử dụng để điều chỉnh phản ứng mài mòn và biến dạng.

Độ bền uốn và mô đun uốn

Sức mạnh và độ cứng không theo cùng một xu hướng, và đó là điều khiến bộ truyện trở nên thú vị. Độ bền uốn của Ti-7.5Mo tương tự như Ti-15Mo và Ti-13Nb-13Zr, đồng thời cao hơn so với titan nguyên chất thương mại. Do đó, độ bền không bị ảnh hưởng khi hợp kim được chọn vì độ cứng thấp.

Mô đun uốn của hợp kim Ti-7.5Mo chiếm ưu thế ″{0}}thấp hơn rõ rệt so với các hợp kim thay thế:

Thấp hơn 22% so với Ti-15Mo

Thấp hơn 47% so với Ti-6Al-4V

Thấp hơn 17% so với Ti-13Nb-13Zr

thấp hơn khoảng 40% so với titan nguyên chất thương mại

Sự kết hợp giữa độ bền vừa phải và mô đun thấp là điều bất thường và nó giải thích tại sao hợp kim ``titan-molypden lại thu hút sự chú ý ở bất cứ nơi nào một bộ phận phải uốn cong thay vì chống lại.

Tại sao sự kết hợp mô đun-thấp lại quan trọng

Trong nhiều ứng dụng titan, độ cứng quá mức là một nhược điểm hơn là một lợi thế. Mô đun cao hơn nhiều so với mô đun của vật liệu xung quanh sẽ tập trung ứng suất tại bề mặt tiếp xúc và thành phần cứng hơn sẽ chịu một phần tải trọng không cân xứng. Việc giảm mô đun trong khi vẫn giữ cường độ uốn ở mức tương đương cho phép đường dẫn tải được chia đều hơn, đó là cơ chế đằng sau sự quan tâm đến hợp kim titan có mô đun-thấp cho các bộ phận chịu tải-phải phù hợp với phản ứng đàn hồi của các bộ phận liền kề.

Dữ liệu độ cứng hoàn thành bức tranh. Khi muốn có mô đun thấp, cấu trúc ″ ở khoảng 7,5% trọng lượng Mo là lựa chọn tự nhiên; trong đó độ cứng cao hơn được ưu tiên và phản ứng cứng hơn có thể chấp nhận được thì các cấu trúc được giữ lại ở mức 10% khối lượng Mo trở lên là phù hợp hơn. Do cấu trúc pha rất nhạy cảm với hàm lượng molypden nên những khác biệt nhỏ về thành phần sẽ chuyển thành những khác biệt về đặc tính có thể đo lường được và thông số kỹ thuật để mở phạm vi molypden sẽ không mang lại các đặc tính nhất quán.

Hướng dẫn lựa chọn và xử lý

Sửa phạm vi molypden trước- pha, và do đó, độ cứng và mô đun, theo sau trực tiếp từ nó. Hãy coi sự thay đổi một vài phần trăm trọng lượng là sự thay đổi của vật liệu.

Xác nhận giai đoạn trong thành phẩmNhiễu xạ tia X-trong điều kiện đúc hoặc xử lý nhiệt-là cách trực tiếp để xác minh xem đã thu được ″ hay hỗn hợp hay chưa.

Đo lường các thuộc tính quan trọngĐộ cứng vi mô - cho trạng thái mài mòn và biến dạng cũng như độ uốn ba-điểm cho cường độ uốn và mô đun uốn.

So sánh với các tài liệu tham khảo đã biết- Ti-6Al-4V, Ti-15Mo và Ti-13Nb-13Zr cung cấp các đường cơ sở đã được thiết lập để so sánh độ cứng, cường độ uốn và mô đun.

Mong đợi độ nhạy truyền- do cấu trúc và hình thái phụ thuộc vào hàm lượng molypden nên lịch sử nhiệt trong quá trình đúc và bất kỳ quá trình xử lý tiếp theo nào đều phải được kiểm soát và ghi lại.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Hợp kim Ti{0}}Mo nào có độ cứng thấp nhất?
Hợp kim `pha Ti-7,5Mo có độ cứng thấp nhất trong số các hợp kim titan-molypden nhị phân được nghiên cứu.

Hỏi: Hợp kim nào trong dãy là cứng nhất?
Các hợp kim pha chứa 10 và 12,5% khối lượng Mo cho thấy độ cứng cao nhất trong dãy.

Câu hỏi: Ti-7.5Mo so sánh với Ti-6Al-4V về độ cứng vi mô như thế nào?
Giá trị độ cứng vi mô của nó thấp hơn 10,5% so với Ti-6Al-4V và thấp hơn 7,7% so với Ti-13Nb-13Zr.

Hỏi: Ti-7.5Mo có độ uốn yếu hơn các hợp kim titan khác không?
Không. Độ bền uốn của nó tương tự như Ti-15Mo và Ti-13Nb-13Zr, đồng thời cao hơn titan nguyên chất thương mại.

Hỏi: Mô đun uốn của ″ Ti-7.5Mo thấp đến mức nào?
Nó thấp hơn 22% so với Ti-15Mo, thấp hơn 47% so với Ti-6Al-4V, thấp hơn 17% so với Ti-13Nb-13Zr và thấp hơn khoảng 40% so với titan nguyên chất thương mại.

Hỏi: Tại sao hàm lượng molypden lại quan trọng đến vậy?
Bởi vì cấu trúc tinh thể và hình thái của hợp kim đúc rất nhạy cảm với nó: 6 wt% Mo tạo ra martensitic dạng kim mịn ″, 7,5 wt% Mo bị chi phối bởi ″ và 10 wt% Mo trở lên lá được giữ lại làm pha chính duy nhất.

Hỏi: Công dụng thực tế của bản đồ thuộc tính này là gì?
Nó cho phép hợp kim phù hợp với ứng dụng - cấu trúc ″ nơi cần mô đun thấp và các cấu trúc có độ cứng cao hơn được ưu tiên.