Pa mor galed yw aloi titaniwm?
Mewn llafnau injan awyrofod, yng nghyrff gwasgedd chwilwyr môr dwfn, ac yn strwythurau cywrain uniadau artiffisial, mae aloion titaniwm, gyda'u nodweddion caledwch unigryw, yn cefnogi gofynion eithafol diwydiant modern. Nid oes gan y deunydd hwn, a elwir yn "fetel gofod," un gwerth rhifiadol ar gyfer caledwch, ond yn hytrach tapestri cymhleth wedi'i wehyddu o gyfansoddiad aloi, microstrwythur, a phrosesau trin gwres. O feddalwch titaniwm pur diwydiannol i galedwch aloi titaniwm TC4, mae'r ystod eang o galedwch aloi titaniwm yn datgelu'r datblygiadau parhaus mewn gwyddoniaeth deunyddiau tuag at derfynau perfformiad.
Mae caledwch aloion titaniwm yn deillio o'u strwythur grisial a'u dyluniad aloi. Mae titaniwm pur yn arddangos strwythur hecsagonol (HCP) agos ar dymheredd ystafell, gan arwain at galedwch cychwynnol cymharol isel; mae caledwch Vickers titaniwm pur diwydiannol fel arfer yn yr ystod o 70-120 HV. Pan ychwanegir elfennau aloi fel alwminiwm a vanadium, mae cyfansoddiad cam aloion titaniwm yn destun newid sylfaenol: mae'r elfen sefydlogi alwminiwm yn hyrwyddo sefydlogrwydd strwythur HCP, tra bod yr elfen sefydlogi vanadium yn ehangu ystod tymheredd sefydlog y corff strwythur ciwbig canolog (BCC). Gan gymryd TC4 (Ti-6Al-4V) fel enghraifft, gall ei galedwch anelio gyrraedd 32-38 HRC, ac ar ôl triniaeth heneiddio, gellir ei gynyddu ymhellach i 36-44 HRC. Mae'r naid caledwch hon yn tarddu o'r strwythur "tebyg i blu" a ffurfiwyd gan y trefniant bob yn ail o ddirwy a chyfnodau, sy'n rhwystro symudiad dadleoli i bob pwrpas.
Triniaeth wres yw'r allwedd i reoli caledwch aloion titaniwm. Mae triniaeth datrysiad yn diddymu'r cyfnod ar dymheredd uchel, ac yna oeri cyflym i gael hydoddiant solet gor-dirlawn, gan osod y sylfaen ar gyfer caledu oedran dilynol. Ar ôl triniaeth hydoddiant ar 950 gradd, mae aloi titaniwm TC4 yn heneiddio ar 550 gradd am 4 awr, gan gynyddu ei galedwch o 32 HRC yn y cyflwr annealed i 42 HRC. Mae'r cynnydd hwn oherwydd dyodiad unffurf cyfnodau nanoraddfa yn y matrics. Ar gyfer aloion titaniwm -math fel TB6, gall triniaeth cryogenig (-196 gradd) gymell trawsnewid cam martensitig, gan gynyddu'r caledwch o 38 HRC i 45 HRC tra'n cynnal ehangiad o dros 12%. Mae'r cydbwysedd hwn rhwng caledwch a chaledwch yn ei wneud yn ddewis delfrydol ar gyfer cydrannau sy'n cynnal llwyth uchel megis offer glanio. Mae technolegau trin wyneb wedi agor dimensiynau newydd ar gyfer caledwch aloion titaniwm. Gall mewnblannu ïon ffurfio haen nitrid titaniwm 0.5μm o drwch ar yr wyneb TC4, gan gynyddu'r caledwch wyneb o 400HV i 1200HV a gwella ymwrthedd gwisgo fwy na thair gwaith. Mae technoleg cladin laser, trwy asio gorchudd wedi'i atgyfnerthu TiC ar wyneb aloi titaniwm TA15, yn cyflawni caledwch lleol o 60HRC, gan fodloni gofynion ymwrthedd traul eithafol offer drilio. Yn y maes biofeddygol, mae pennau cymalau artiffisial wedi'u gorchuddio â titaniwm nitrid nid yn unig yn cyflawni caledwch sy'n fwy na 2000HV ond hefyd yn lleihau'r gyfradd gwisgo i 1/10 cyfradd aloion cobalt-cromiwm, gan ymestyn oes y mewnblaniad yn sylweddol.
Mae gwahanol gymwysiadau yn gosod gofynion amrywiol ar galedwch aloion titaniwm. Mae'r diwydiant awyrofod angen deunyddiau i gynnal caledwch uwchlaw HRC40 tra'n meddu ar gryfder tymheredd uchel dros 600 gradd . Mae aloi titaniwm TC18 yn cyflawni'r nod hwn trwy broses anelio dwbl, gan gynnal caledwch sefydlog o 42HRC a chryfder ymgripiad o 350MPa ar 650 gradd. Mae peirianneg forol yn gofyn am ddeunyddiau i gynnal sefydlogrwydd caledwch mewn amgylcheddau dŵr môr. Dangosodd aloi titaniwm TA17, gydag ychwanegu 0.1% palladium, ostyngiad o 5% yn unig mewn caledwch ar ôl trochi mewn datrysiad NaCl 3.5% am 1000 awr, sy'n llawer uwch na'r gostyngiad o 20% a welwyd mewn aloion titaniwm cyffredin. Mewn electroneg defnyddwyr, mae aloion titaniwm math -, trwy anffurfiad rholio oer, yn cyflawni caledwch uwch na 800 HV wrth gynnal gallu straen elastig o 20%, gan fodloni gofynion llym colfachau ffôn sgrin plygadwy.
O'r môr dwfn i'r gofod dwfn, o'r corff dynol i beiriannau, mae nodweddion caledwch aloion titaniwm yn parhau i ehangu ffiniau cymhwyso deunyddiau. Pan fydd llafnau injan wedi'u gwneud o aloi titaniwm TC4 yn cynnal sefydlogrwydd caledwch ar 1500 gradd, pan fydd mewnblaniadau wedi'u gorchuddio â thitaniwm nitrid yn arddangos ymwrthedd gwisgo tymor hir yn amgylchedd y corff dynol, a phan fydd cydrannau strwythurol aloi titaniwm printiedig 3D yn cyflawni cyfatebiaeth fanwl gywir o geometregau a chaledwch cymhleth, mae'r datblygiadau hyn nid yn unig yn dilysu cynnydd gwyddor deunyddiau ond hefyd yn cyhoeddi {6} dyfodiad uchel y titaniwm yn ddwfn. aloion. Gydag integreiddio technolegau newydd megis gweithgynhyrchu ychwanegion a thriniaeth wres deallus, bydd rheoli caledwch aloion titaniwm yn mynd i mewn i'r oes o drachywiredd lefel moleciwlaidd, gan ddarparu mwy o gefnogaeth ddeunydd solet i ddynolryw archwilio'r anhysbys.
