Μελέτη για την επίδραση του στοιχείου Si στη θερμική σταθερότητα των κραμάτων τιτανίου

Οι επιδράσεις του Si στη θερμική σταθερότητα τριών δυαδικών κραμάτων TiSi με διαφορετική περιεκτικότητα σε Si διερευνήθηκαν πραγματοποιώντας πειράματα θερμικής έκθεσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες για 100 ώρα και χαρακτηρίζοντας τη θερμική σταθερότητα των κραμάτων με μηχανικές ιδιότητες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπό τις πειραματικές συνθήκες, η προσθήκη στοιχείου Si αυξάνει την αντοχή σε εφελκυσμό των κραμάτων και όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε Si, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενίσχυση της αντοχής: κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θερμικής έκθεσης, όταν η θερμοκρασία θερμικής έκθεσης είναι υψηλότερη από 450 βαθμό , η αντοχή σε εφελκυσμό των κραμάτων Ti-Si παρουσιάζει μια πτωτική τάση και παρουσιάζουν τη χειρότερη θερμική σταθερότητα μετά από 500 μοίρες /100 ώρες επεξεργασίας θερμικής έκθεσης, μεταξύ των οποίων η επιμήκυνση του Ti-0.4 Τα κράματα Si μειώνονται σε 28,0%. Το TiSi, που σχηματίζεται από τη διάχυση και τον διμερισμό των στοιχείων Si, είναι ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει τη θερμική σταθερότητα των κραμάτων Ti-Si.
Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην αεροδιαστημική, την πετροχημική, τη βιοϊατρική και άλλους τομείς λόγω της υψηλής αντοχής, της χαμηλής πυκνότητας και της καλής αντοχής στη διάβρωση. Ένα μεγάλο μέρος των κραμάτων τιτανίου είναι κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας, τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως για την κατασκευή εξαρτημάτων αεροδιαστημικής μηχανής, όπως δίσκους και λεπίδες, τα οποία είναι σημαντικά για τη βελτίωση της αναλογίας ώσης προς βάρος του αεροσκάφους. Επί του παρόντος, η θερμοκρασία εφαρμογής των ώριμων κραμάτων τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας είναι κυρίως στους 600°C και τα κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύχθηκαν από διάφορες χώρες είναι κυρίως τιτάνιο τύπου Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si σχεδόν άλφα κράματα, τυπικά των οποίων είναι το IMI834 του Ηνωμένου Βασιλείου, το Ti-1100 των Ηνωμένων Πολιτειών, το BT36 της Ρωσικής Ομοσπονδίας, καθώς και τα κράματα Ti-600, Ti{-60 της Κίνας και ούτω καθεξής.
Υπό την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών, η οργάνωση του κράματος αλλοιώνεται, όπως αποδεικνύεται από αλλαγές στην οργάνωση και τη μορφολογία των ιζημάτων. Η θερμική σταθερότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χαρακτηρίσει την ικανότητα ενός κράματος να διατηρεί τις ιδιότητές του σε υψηλές θερμοκρασίες και καθορίζει τη θερμοκρασία στην οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί το κράμα. Διαφορετικά στοιχεία κράματος έχουν διαφορετικές επιδράσεις στη θερμική σταθερότητα, επομένως είναι απαραίτητο να επιλέξετε το κατάλληλο στοιχείο κράματος. Το si είναι ένα απαραίτητο στοιχείο σε κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας λόγω του μοναδικού του ρόλου στην αντοχή σε ερπυσμό. Επί του παρόντος, τα κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας με θερμοκρασία 400 βαθμών και κυρίως περιέχουν Si, και η περιεκτικότητα σε Si του βρετανικού κράματος τιτανίου IMI834 έχει φτάσει ακόμη και το 0,5%, ενώ η περιεκτικότητα σε Si του TG6 της Κίνας Το κράμα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας έχει επίσης φτάσει στο 0,4%. Ωστόσο, σύμφωνα με την έρευνα του Seagle, το Si είναι ένα ευτηκτικό Β-σταθερό στοιχείο, το οποίο παίζει ρόλο στην ενίσχυση του στερεού διαλύματος και επίσης καθιζάνει με τη μορφή πυριτιδίων στη μήτρα του κράματος τιτανίου ή στα όρια των κόκκων, αλλάζοντας τη συμπεριφορά παραμόρφωσης του κράματος και επηρεάζοντας τη θερμική του σταθερότητα. Τα κράματα TA1, Ti-0.2Si και Ti-0.4Si χρησιμοποιήθηκαν ως ερευνητικά αντικείμενα για τη μελέτη της επίδρασης των στοιχείων Si στη θερμική τους σταθερότητα, προκειμένου να διευκρινιστεί η επίδραση της συμπεριφοράς κατακρήμνισης των στοιχείων Si σχετικά με τη θερμική σταθερότητα κατά τη θερμική έκθεση.
συμπέρασμα
(1) Το στοιχείο Si μπορεί να εξευγενίσει τον κόκκο του κράματος Ti-Si και έχει προφανή ενισχυτική επίδραση στο κράμα. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Si, το μέγεθος των κόκκων των κραμάτων Ti-Si μειώνεται σημαντικά, η αντοχή αυξάνεται σημαντικά και η πλαστικότητα μειώνεται. η αντοχή των κραμάτων Ti-0.2Si και Ti-0.4Si αυξάνεται πρώτα και στη συνέχεια μειώνεται κατά τη διαδικασία της θερμικής έκθεσης, ενώ η αντοχή των κραμάτων Ti-0.4Si μειώνεται σημαντικά, και και τα δύο κράματα είναι τα χειρότερα από άποψη πλαστικότητας μετά από θερμική έκθεση στους 500 βαθμούς για 100 ώρες. Η αντοχή των κραμάτων Ti{-0.4Si μειώνεται σημαντικά μετά τη θερμική έκθεση και η πλαστικότητα των κραμάτων Ti{13}}.4Si είναι η χειρότερη μετά τη θερμική έκθεση.
(2) Τα κράματα Ti-0.2Si και Ti{3}}.4Si είναι κυρίως φάσεις TiSi που κατακρημνίζονται μετά από θερμική έκθεση. Η διάχυση μεροληψίας του στοιχείου Si στη διαδικασία της έκθεσης στη θερμότητα είναι ο κύριος λόγος για τον σχηματισμό της φάσης TisSi, και η σταδιακά αυξανόμενη φάση TiSi είναι ο κύριος λόγος για την αύξηση της αντοχής του κράματος και τη μείωση της πλαστικότητας. Σε θερμική έκθεση πάνω από 500'C, η αυξανόμενη συσσωματωμένη φάση TiSi οδηγεί σε μείωση του συντονισμού των ορίων των κόκκων, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντοχής των κραμάτων Ti-Si.
(3) Το μέγεθος και η κατανομή της φάσης TisSi επηρεάζει την αντοχή και την πλαστικότητα του κράματος. Επηρεάζεται από το μέγεθος κόκκων και το ατομικό περιεχόμενο Si, TiSi, φάση σε Ti-0.2Si και Ti-0.4Κράματα Si στο μέγεθος και την κατανομή μιας σημαντικής διαφοράς, κυρίως στο Ti{{5} }.4 Καθίζηση κράματος Si στα όρια των κόκκων, ενώ στο Ti-0.2 Τα κράματα Si εντός των ορίων των κόκκων και των κόκκων καταβυθίζονται.