Undersøgelse afdækker lavtemperaturdeformationsmekanisme af rent titanium

Titanium (Ti), der ofte hyldes som vidundermetallet for dets bemærkelsesværdige egenskaber, har mange anvendelser i rumfarts-, marine- og biomedicinske industrier. Kendt for deres lave densitet, høje styrke, høje duktilitet, store korrosionsbestandighed og fremragende biokompatibilitet, er Ti og dets legeringer blevet undersøgt bredt af adskillige forskere for deres strukturelle deformationsmekanismer ved stuetemperaturer.

For nylig har forskere fokuseret deres indsats på at studere deformationen af ​​Ti og dets legeringer ved meget lave "kryogene" temperaturer (<77K, temperaturen af ​​flydende nitrogen).

Ti og dets legeringer deformeres via forskellige mekanismer, herunder dislokationsglidninger, hvor metalkorn glider over hinanden, og "deformations-twinning", hvor kornene arrangeres symmetrisk omkring en fælles korngrænse. Et korn, nemlig et veldefineret område i et krystallinsk materiale, består af atomer arrangeret på en specifik, konsistent måde. Forekomsten af ​​deformationstvillinger i Ti-legeringer afhænger af den oprindelige tekstur, tøjningshastighed, deformationstemperatur og kornstørrelse.

Undersøgelser har vist, at twinning kan forbedre materialers mekaniske egenskaber. Ydermere har kryogen deformation af kommercielt rent Ti (CP-Ti) vist sig at udløse deformations-twinning, hvilket øger dets styrke og duktilitet betydeligt. De nøjagtige virkninger af forskellige deformationsmekanismer og kornstørrelse på styrken af ​​CP-Ti ved kryogene temperaturer er dog ikke fuldt ud forstået.

For at løse dette hul undersøgte et team af forskere fra Kina, ledet af adjunkt Cai Chen og Dr. Ji-zi Liu fra Nanjing University of Science and Technology, de mekaniske egenskaber og twinning-adfærden af ​​CP-Ti ved stuetemperatur og flydende nitrogen temperatur (LNT).

"At studere deformationsadfærden af ​​CP-Ti og dets legeringer ved kryogene temperaturer kan hjælpe med udviklingen af ​​nye kontrollerede processer til at forbedre deres styrke og duktilitet," forklarer Dr. Chen. Deres papir blev offentliggjort i tidsskriftet Transactions of Nonferrous Metals Society of China .

Ved hjælp af avancerede teknikker såsom scanning af elektron-backscatter-diffraktion og transmissionselektronmikroskopi studerede forskerne ændringer i mikrostrukturen og dislokationer af CP-Ti-prøverne under enakset belastning ved begge temperaturer. De undersøgte plastisk hærdningsadfærd, twinning-induceret kornfragmentering, teksturtransformation og prøvernes plasticitet.

Deres eksperimenter afslørede, at de omkrystalliserede prøver deformeret ved LNT udviste en meget bedre kombination af styrke og duktilitet end de deformerede ved stuetemperatur. Desuden viste prøven med den mindste kornstørrelse ved begge temperaturer den højeste flydespænding.

Dislokationsglidning blev identificeret som den vigtigste deformationsmekanisme ved stuetemperatur, mens deformations-twinning blev dominerende ved LNT. Denne overgang af deformationsmekanismer dukkede op som den vigtigste bidragende faktor til de fremragende mekaniske egenskaber observeret ved LNT. Desuden foreslog holdet også et modificeret Hall-Petch-forhold, der tager højde for kryogene temperaturer for at forklare styrkelsesmekanismen.

Dr. Liu siger:"Resultaterne af undersøgelsen giver vigtig indsigt i deformationsprocesserne af hexagonale metaller ved kryogene temperaturer. Dette kan føre til forbedrede processer til kontrol og design af metallerne, der kan modstå ekstreme forhold."

Samlet set forbedrer denne undersøgelse vores forståelse af mikrostrukturen og deformationsmekanismerne af metaller som Ti og baner vejen for udviklingen af ​​stærkere og mere duktile metaller.

Flere oplysninger: Cai Chen et al., Effekt af kornstørrelse og temperatur på deformationsmekanisme af kommercielt rent titanium, Transactions of Nonferrous Metals Society of China (2023). DOI:10.1016/S1003-6326(23)66337-X

Leveret af Cactus Communications