Новый взгляд на высокие

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 23467 (2016) Цитировать эту статью

Доступы 1856 г.

27 цитат

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Хорошо известно, что полутвердая формовка позволяет получить крупнозернистую микроструктуру только в некоторых системах сплавов с низкой температурой плавления, таких как алюминиевые и магниевые сплавы. В этой работе показано, что полутвердая формовка может также создавать новую бимодальную микроструктуру, состоящую из наноструктурированной матрицы и микроразмерных двойников (CoFe)Ti2 в титановом сплаве Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8. Полутвердое спекание, индуцированное эвтектическим превращением с образованием бимодальной микроструктуры в сплаве Ti62Nb12,2Fe13,6Co6,4Al5,8, принципиально отличается от других известных методов. Полученный сплав имеет высокий предел текучести 1790 МПа и пластическую деформацию 15,5%. Новая идея дает новый взгляд на получение нанозеренной или бимодальной микроструктуры в системах сплавов с высокой температурой плавления путем полутвердой формовки, а также на изготовление высокоэффективных металлических сплавов для конструкционных применений.

Наноструктурированные материалы часто обладают низкой пластичностью при комнатной температуре и очень ограниченным или отсутствующим деформационным упрочнением из-за ограниченной дислокационной способности1. Одним из возможных и практических подходов к повышению пластичности наноструктурированных материалов является формирование бимодальной микроструктуры с сосуществованием зерен наноразмерного и микронного размера2. Формирование такой бимодальной микроструктуры могло бы обеспечить наноструктурированные материалы как высокой прочностью, так и пластичностью по сравнению с однофазными наноструктурными материалами или традиционными крупнозернистыми материалами3. В общем, такую ​​бимодальную микроструктуру можно получить несколькими способами, такими как термомеханическая обработка4, консолидация порошка5, метод рекристаллизации6 и быстрое затвердевание7. В частности, многие титановые сплавы с бимодальной микроструктурой были получены путем быстрого затвердевания и обладают высокой прочностью и большой пластичностью7,8,9,10,11,12,13. Например, сплав Ti60Cu14Ni22Sn4Nb10 имеет прочность 2400 МПа и пластическую деформацию 14,5%7, а Ti63,375Fe34,125Sn2,5 — прочность 2650 МПа и пластичность 12,5%12. Типичными металлургическими характеристиками для получения титановых сплавов с бимодальной микроструктурой путем быстрой кристаллизации являются преимущественное зарождение и рост объемно-центрированных кубических (ОЦК) дендритов β-Ti микронного размера из высокотемпературных расплавов с последующим быстрым затвердеванием оставшейся жидкости с высокоплотными случайноупакованная структура для получения наноструктурированной матрицы7,8,9,10,11,12,13.

Основная особенность полутвердой формовки, являющейся одной из важных технологий обработки материалов, включает в себя особую недендритную твердую микроструктуру и умеренную температуру формования, находящуюся между температурой солидуса и ликвидуса14. Спонтанно были разработаны комплексные междисциплинарные методы формовки полутвердых материалов, сочетающиеся с литьем, экструзией, ковкой, прокаткой и т. д. Однако современная формовка полутвердых сплавов обычно включает в себя относительно сложный процесс приготовления суспензии полутвердых сплавов, и, к сожалению, он позволяет получить крупнозернистую микроструктуру только в некоторых системах сплавов с низкой температурой плавления15, таких как алюминиевые сплавы и магниевые сплавы. Пока невозможно сформировать нанокристаллическую или бимодальную микроструктуру в системах сплавов, имеющих высокую температуру плавления, например в титановых сплавах.

Согласно диаграммам состояния бинарных сплавов16, типичное эвтектическое превращение, происходящее при эвтектической температуре, можно выразить как α + β ↔ L, где α и β — два твердых компонента, а L — жидкое состояние. В настоящее время в алюминиевых и магниевых сплавах жидкая фаза при полутвердой формовке на основе эвтектического превращения имеет относительно рыхлую хаотически-упакованную структуру17. Это причина, по которой нынешняя полутвердая формовка не может получить нанокристаллическую или бимодальную микроструктуру. В связи с этим возникает вопрос: если жидкая фаза, образующаяся в результате преимущественной эвтектической реакции двух твердых фаз в многофазной системе сплавов с высокой температурой плавления, имеет высокоплотную хаотически-упакованную структуру, является ли состав этой жидкой фазы имеют тенденцию образовывать наноструктурированную фазу/микроструктуру в процессе затвердевания17,18? Несомненно, полутвердое состояние, состоящее из такой жидкой фазы, отличается от вышеупомянутого полутвердого состояния. Как подтверждают обширные исследования (например, ссылки 17,18) по образованию наноструктуры или стеклообразных сплавов путем быстрого затвердевания, полутвердое состояние с высокоплотной случайно-упакованной структурой легко получить в многокомпонентных системах сплавов, имеющих высокую температуру плавления. точка. Такая характеристика полутвердого состояния с высокоплотной хаотично-упакованной структурой может иметь значение и может быть использована для изготовления материалов новой структуры, например, с нанозернистой или бимодальной микроструктурой, путем полутвердого формования из многокомпонентных систем сплавов, имеющих высокая температура плавления. Это могло бы преодолеть узкое место современной полутвердой формовки, то есть получения крупнозернистой микроструктуры из сплавов с низкой температурой плавления, и улучшить ее возможности для обработки сплавов с высокой температурой плавления, а также для формирования новой микроструктуры.