Zużycie ślizgowe jest jednym z ważnych czynników wpływających na żywotność elementów metalowych. Dlatego projektowanie i opracowywanie nowych materiałów stopowych o wysokiej wytrzymałości i super odpornych na zużycie jest niezbędne do zapewnienia niezawodności, trwałości i wydajności elementów konstrukcyjnych, które są używane w trudnych warunkach pracy.
Niedawno grupa badawcza adiunkta Ren Fuzeng z Wydziału Materiałoznawstwa i Inżynierii Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii zaproponowała nową strategię osiągnięcia ultrawysokiej odporności na zużycie poprzez dostosowanie struktury powierzchni styku stopu i składu chemicznego.
Zużycie ślizgowe jest jednym z ważnych czynników wpływających na żywotność elementów metalowych. W niższej temperaturze użytkowania odporność na zużycie elementów metalowych zależy głównie od twardości materiału i ewolucji mikrostruktury podpowierzchni materiału podczas procesu tarcia; podczas gdy w środowisku pracy w wysokiej temperaturze powierzchnia materiału jest ścinana nie tylko przez kontakt cierny Naprężenia i naprężenia ściskające, a także jest podatna na zmiękczanie termiczne i utlenianie w wysokiej temperaturze, co znacznie wpływa na zużycie materiału. Złożony efekt siły i ciepła w środowisku tarcia o wysokiej temperaturze stawia bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące konstrukcji struktury ziarna metalu w wysokiej temperaturze.
Stosowanie stopu tytanu ma kilkadziesiąt lat historii od jego produkcji przemysłowej pod koniec lat pięćdziesiątych. Uzyskał szereg doskonałych właściwości, takich jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa, odporność na korozję i dobra biokompatybilność. Szybki rozwój. W krótkim czasie wykazał dużą witalność i stał się niezbędnym materiałem w przemyśle lotniczym, okrętowym, medycznym, petrochemicznym i energetyce wojskowej.
Jednak nieuniknionym problemem, z którym borykają się produkty ze stopów tytanu, jest ich słabe tarcie i zużycie. Gdy jest pocierany o tlenek glinu, jego stopień zużycia wynosi 10-2-10-3 mm3/N·m, co znacznie ogranicza jego szerokie zastosowanie w trudnych warunkach. Na przykład w dziedzinie biomedycznej niska odporność na zużycie może powodować poluzowanie implantów ze stopu tytanu, a cząstki ścierające się wokół protezy mogą powodować stan zapalny, który jest jedną z głównych przyczyn niepowodzenia operacji wymiany protezy i ponownej operacji.
Wraz z ciągłym rozwojem zastosowań stopów tytanu pojawia się coraz więcej problemów związanych z właściwościami tarcia i zużycia stopów tytanu. Dlatego poprawa odporności na zużycie stopów tytanu jest szczególnie ważna dla trwałości użytkowej stopów tytanu.
Innowacja: Popraw odporność na zużycie stopów, dostosowując strukturę interfejsu i właściwości chemiczne
Grupa badawcza Ren Fuzeng zaproponowała strategię nanokrystalicznej struktury ziarna, segregacji atomów na granicy ziarna i wprowadzenia spójnych nano-wytrąconych faz o wysokiej gęstości w celu uzyskania ultrawysokiej odporności na zużycie stopu w temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze.
W oparciu o dużą liczbę wykresów fazowych stopu oraz obliczenia termodynamiczne, zespół badawczy wybrał jako układ modelowy stop TiMoNb o równym stosunku atomowym oraz zaprojektował skład i proces przygotowania z klasycznego mechanizmu wzmacniania. Główne koncepcje wzmocnienia obejmują następujące aspekty: 1. Jest to wzmacnianie roztworu stałego: trzy pierwiastki Ti, Mo i Nb mają między sobą doskonałą rozpuszczalność w stanie stałym. Wśród nich Mo-Nb jest roztworem całkowicie stałym, a między trzema pierwiastkami nie tworzy się związek międzymetaliczny, co zapewnia wzmocnienie roztworu stałego Drugi to spójny interfejs: trzy pierwiastki mają bardzo zbliżone promienie atomowe (rTi = 1.46Å, rMo = 1.36 Å, rNb = 1.43Å) i wszystkie mają sześcienną strukturę skupioną na ciele (bcc), która pomaga w koherencji Tworzenie interfejsu; trzeci to wzmocnienie wydzieleniowe: dwufazowy diagram fazowy Ti-Mo i Ti-Nb pokazuje, że niewielka ilość Ti zostanie wytrącona z osnowy bcc w temperaturze około 850°C, co daje możliwość wzmocnienia wydzieleniowego; czwarty to drobnoziarniste Wzmacnianie: Oczekuje się, że poprzez mechaniczne stopowanie i szybkie spiekanie plazmą iskrową (SPS) wytworzy ultradrobnokrystaliczną/nanokrystaliczną matrycę, a na koniec uzyska efekt drobnoziarnistego wzmocnienia; Po piąte, trzy pierwiastki stopowe Ti, Mo i Nb są wspólne w Tradycyjny system stopów wysokotemperaturowych jest warunkiem wstępnym stosowania stopu w środowiskach o wysokiej temperaturze. Grupa badawcza z powodzeniem przygotowała masowy stop TiMoNb o gęstości ponad 99% i twardości do 650 HV poprzez optymalizację wysokoenergetycznego frezowania kulowego i procesu SPS.
Analiza mikrostruktury wykazała, że stop składa się z dwóch faz, w tym fazy osnowy B1 o średniej wielkości ziarna (d) 188 nm oraz zdyspergowanej, bogatej w Ti fazy strącanej B2 (d = 79 nm; 7 obj.%), B1 i Dwie fazy B2 to spójny interfejs. Za pomocą technologii trójwymiarowej sondy atomowej (3D APT) stwierdzono, że atomy Ti ulegają segregacji na granicy faz B1/B2 o grubości około 3 nm, co w pełni pokazuje, że mechanizm wzmacniania zaprojektowany na początku eksperymentu jest odzwierciedlony w stopie. Wykorzystując kulkę z tlenku glinu jako parę cierną (twardość-1500 HV), wyniki testu odporności na zużycie stopu TiMoNb pokazują, że w temperaturze pokojowej szybkość zużycia stopu TiMoNb i tlenku glinu jest tego samego rzędu wielkości (10-4 (mm3 / N·m); W temperaturze 600℃ szybkość zużycia stopu TiMoNb wynosi zaledwie 3.15×10-6mm3/N·m, co pokazuje, że stop ma bardzo wysoką odporność na zużycie i znacznie przełamuje odporność na zużycie tradycyjnego tytanu W oparciu o dogłębną charakterystykę i analizę składu i struktury powierzchni i podpowierzchni śladów zużycia, zespół badawczy ujawnił pochodzenie pęknięć zmęczeniowych i wyjaśnił mechanizm ich zużycia w środowisku o temperaturze pokojowej i wysokiej temperaturze.
Ren Fuzeng poinformował, że wyniki badań dostarczają nowych pomysłów na projektowanie nowych wysokowytrzymałych, odpornych na zużycie stopów, które są używane w ekstremalnych środowiskach, i pomogą w opracowaniu zastosowania stopów wielopodstawowych w dziedzinie odporności na zużycie. , Pewne znaczenie mają stopy odporne na ścieranie, termostabilne i eksplorują potencjalne kierunki badawcze dla rozszerzenia zastosowania inżynierii faz międzyfazowych w dziedzinie wielopierwiastkowych stopów o wysokiej entropii. Opracowany w tych badaniach stop TiMoNb może być stosowany w materiałach odpornych na zużycie w wysokich temperaturach, a jego wysoka wytrzymałość, dobra biokompatybilność i odporność na korozję sprawiają, że jest on szeroko stosowany w stomatologii, ortopedii i innych medycznych materiałach na implanty. .
Badania te były finansowane przez Shenzhen Basic Research Discipline Layout Project, Guangdong Innovation and Entrepreneurship Team oraz inne projekty, a także wsparcie techniczne platformy obrazowania (Pimi Center) Centrum Analiz i Testów Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii.
Link do tego artykułu: SUSTech przełamuje „krótką deskę” ze stopów tytanu, które nie są odporne na zużycie
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com
PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji 
