突破钛合金的性能极限,科学家揭示钛的本征

“令人兴奋的是,低氧钛的断裂韧性超越了目前已报道的所有商业纯钛和钛合金,甚至超过了大部分金属材料。”西安交通大学韩卫忠教授表示。

韩卫忠(来源:韩卫忠)

近日,他和团队成功突破了钛和钛合金的极限性能,将商业纯钛的氧杂质含量从0.14wt.%降至0.02wt.%,让其断裂韧性从MPa?m^1/2提至MPa?m^1/2。

通过本次研究,他们还首次揭示了钛的超高本征断裂韧性,打破了钛及钛合金的断裂韧性均低于MPa?m^1/2的传统认知,证明低氧钛是目前已知最有韧性的金属材料之一。

总的来说,本次成果为设计高强、高韧的钛合金带来了重要启示。

目前,在航空航天领域为了促进钛合金在某些安全关键负载条件下的应用,人们已经在钛合金中采用了控制氧含量的设计思路,这不仅能提高钛合金的断裂韧性,并已有相关产品实现商业化。

例如,损伤容限型Ti-6Al-4V(TC4DT)合金、以及超低间隙(ELI)Ti-6Al-4V合金,均已得到广泛的应用。

然而,对于当下的损伤容限型钛合金来说,它里面的氧含量仍然处于较高水平,导致其断裂韧性仍被限制在MPa?m1/2以下。

要想进一步提高Ti-6Al-4V等经典钛合金的应用范围,就得提升它的服役安全性。后续,通过进一步地降低氧杂质的含量,将能让该钛合金的断裂韧性实现跨越式提升。

事实上,几乎所有的密排六方结构金属,包括目前已被广泛使用的钛、锆、镁、锌等,都存在c+a位错难以被激活、或可动性较差的现象。

这让它们的塑性和断裂韧性,远远低于大部分面心立方结构金属,导致其应用范围受到限制。

因此,后续可以通过合金化的设计方案,来促进变形孪晶大量激活。

进而通过孪晶界来促进c+a位错的密集启动,借此显著提升密排六方金属的力学性能。

(来源:AdvancedMaterials)

有望大幅提高密排六方金属的变形能力

韩卫忠表示,多年来他和团队一直

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