Hversu hart er títan ál?

Í flugvélablöðum, í þrýstihylki djúpsjávarkana- og í flóknum byggingum gerviliða, styðja títan málmblöndur, með einstaka hörkueiginleika sína, ýtrustu kröfur nútíma iðnaðar. Þetta efni, sem kallað er „geimmálmur“, hefur ekki eitt einasta tölugildi fyrir hörku, heldur flókið veggteppi sem er ofið úr álblöndu, örbyggingu og hitameðferðarferlum. Frá mýkt iðnaðar hreins títan til hörku TC4 títan álfelgur, hið fjölbreytta svið hörku títan álfelgur sýnir stöðugar byltingar í efnisvísindum í átt að frammistöðumörkum.

Hörku títan málmblöndur stafar af kristal uppbyggingu þeirra og málmblöndur hönnun. Hreint títan sýnir þétt-pakkaða sexhyrnda (HCP) uppbyggingu við stofuhita, sem leiðir til tiltölulega lágrar upphafshörku; Vickers hörku hreint títan í iðnaði er venjulega á bilinu 70-120 HV. Þegar málmblöndur eins og áli og vanadíum er bætt við breytist fasasamsetning títanblendis: -stöðugleikaþátturinn ál stuðlar að stöðugleika HCP-byggingarinnar, en -stöðugleikaþátturinn vanadíum stækkar stöðugt hitastigssvið líkamsbyggingar-miðaðrar rúmmáls (BCC). Með því að taka TC4 (Ti-6Al-4V) sem dæmi, getur glópað hörku þess náð 32-38 HRC og eftir öldrunarmeðferð er hægt að auka hana enn frekar í 36-44 HRC. Þetta hörku stökk er upprunnið frá "fjöður-eins" uppbyggingu sem myndast af víxl fyrirkomulag fínn og fasa, sem í raun hindrar liðskipti hreyfingu.

Hitameðferð er lykillinn að því að stjórna hörku títan málmblöndur. Meðhöndlun með lausn leysir upp fasann við háan hita, fylgt eftir með hraðri kælingu til að fá yfirmettaða fasta lausn, sem leggur grunninn að síðari öldrunarherðingu. Eftir lausn meðhöndlunar við 950 gráður, gengst TC4 títanblendi undir öldrun við 550 gráður í 4 klukkustundir, og eykur hörku þess úr 32 HRC í glæðu ástandi í 42 HRC. Þessi aukning er vegna samræmdrar úrkomu á nanóskalafasa í fylkinu. Fyrir -gerð títan málmblöndur eins og TB6, getur frostmeðferð (-196 gráður) framkallað martensitic fasa umbreytingu, aukið hörku úr 38 HRC í 45 HRC en viðhalda lengingu sem er yfir 12%. Þetta jafnvægi á milli hörku og hörku gerir það að kjörnum vali fyrir mikið-álag-íhluta eins og lendingarbúnað. Yfirborðsmeðferðartækni hefur opnað nýjar víddir fyrir hörku títan málmblöndur. Jónaígræðsla getur myndað 0,5μm þykkt títanítríðlag á TC4 yfirborðinu, aukið yfirborðshörku úr 400HV í 1200HV og bætir slitþol um meira en þrisvar sinnum. Laserklæðningartækni, með því að bræða TiC-styrktri húðun á yfirborð TA15 títan álfelgur, nær staðbundinni hörku upp á 60HRC, sem uppfyllir mikla slitþolskröfur borverkfæra. Á líflækningasviðinu ná títanítríð-húðuð gervi liðhausar ekki aðeins hörku sem fer yfir 2000HV heldur dregur einnig úr slithraða niður í 1/10 af kóbalt-króm málmblöndur, sem lengir líftíma vefjalyfsins verulega.

Mismunandi notkun gerir mismunandi kröfur til hörku títan málmblöndur. Geimferðaiðnaðurinn krefst efnis til að viðhalda hörku yfir HRC40 á meðan það hefur háan-hitastyrk yfir 600 gráður. TC18 títan álfelgur nær þessu markmiði með tvöföldu glæðingarferli, viðheldur stöðugri hörku 42HRC og skriðstyrk 350MPa við 650 gráður. Sjávarverkfræði krefst efna til að viðhalda hörkustöðugleika í sjóumhverfi. TA17 títanblendi, að viðbættum 0,1% palladíum, sýndi aðeins 5% minnkun á hörku eftir dýfingu í 3,5% NaCl lausn í 1000 klukkustundir, mun betri en 20% lækkun sem sést í venjulegum títanblendi. Í rafeindatækni fyrir neytendur, -gerð títaníum málmblöndur, með kaldvalsingu aflögunar, ná ofur-hári hörku sem fer yfir 800 HV á sama tíma og 20% ​​teygjanlegu álagsgetu er viðhaldið, sem uppfyllir strangar kröfur um samanbrjótanlegar lamir skjásíma.

Frá djúpum sjó til djúps geims, frá mannslíkamanum til véla, halda hörkueiginleikar títan málmblöndur áfram að víkka út notkunarmörk efna. Þegar vélarblöð úr TC4 títan álfelgur viðhalda hörkustöðugleika við 1500 gráður, þegar ígræðslur húðuð með títanítríði sýna langtíma slitþol í umhverfi mannslíkamans og þegar þrívíddar-prentaðir byggingarhlutar úr títan álfelgur ná nákvæmri samsvörun flókinna rúmfræðilegra efna og framfara, ekki aðeins þessara efna, heldur einnig hörku, komu há-afkastatímabils sem er djúpt samþætt við títan málmblöndur. Með samþættingu nýrrar tækni eins og aukefnaframleiðslu og skynsamlegrar hitameðhöndlunar mun hörkustjórnun títan málmblöndur ganga inn á tímum sameinda-nákvæmni, sem veitir traustari efnisstuðning fyrir mannkynið til að kanna hið óþekkta.