Титанова молибденова сплав: фазова структура, твърдост и механични свойства

Титан-молибденовите сплави са компактно,-проучено семейство от бинарни титанови сплави, в които молибденът действа като бета-стабилизиращ елемент. Дори скромни промени в съдържанието на молибден преместват сплавта в поредица от фазови структури и всяка фаза носи различен баланс на твърдост, якост на огъване и коравина. Следователно публикуваната работа върху бинарни Ti-Mo сплави, съдържащи 6 до 20 тегл.% Mo, е полезна отправна точка, когато се избира титанов материал с нисък-модул или висока-твърдост.

Фазова структура на бинарни Ti-Mo сплави

Експерименталните резултати показват, че кристалната структура и морфологията на отлети Ti-Mo сплави са чувствителни към тяхното съдържание на молибден. Последователността е прогресивна, а не внезапна, поради което нивото на молибден е първата променлива, която трябва да се фиксира във всяка спецификация.

Съдържание на молибден	Доминираща структура	Морфологична бележка
Търговски чист титан	Шестоъгълник алфа-прост (')	Перо{0}}подобна морфология
6 тегл.% Mo	Фин игловиден мартензитен орторомбичен алфа-двойно-прост ( ″)	Фин игловиден мартензит
7,5 тегл.% Mo	Мартензитът ″ доминира в цялата сплав	Единична доминираща ″ структура
10 тегл.% Mo и повече	Задържана бета ( ) фаза	се превръща в единствената основна фаза

В долния край на обхвата, хексагоналната фаза на търговски чист титан отстъпва място на фина игловидна мартензитна структура, след като молибденът достигне около 6 тегл.%. При 7,5 тегл.% Mo цялата сплав е доминирана от мартензитна ″ структура. От приблизително 10 тегл.% Mo нагоре, задържаната фаза става единствената основна фаза и материалът се държи като бета титанова сплав, а не като мартензитна.

Твърдост в серията Ti-Mo

Твърдостта проследява фазовата структура. Сред всички изследвани Ti-Mo сплави, ″ фазата Ti-7.5Mo сплав има най-ниска твърдост, докато фазовите сплави, съдържащи 10 и 12.5 тегл.% Mo, имат най-висока. Микротвърдостта на Ti-7.5Mo е по-ниска от тази на Ti-6Al-4V с 10.5% и по-ниска от тази на Ti-13Nb-13Zr със 7.7%.

Ti-7.5Mo (″)- най-меката степен в бинарната серия и по-мека от Ti-6Al-4V и Ti-13Nb-13Zr по отношение на микротвърдостта.

Ti-10Mo и Ti-12.5Mo ( )- най-трудните оценки в серията, отразяващи напълно запазената бета структура.

Практическо четенеТвърдостта - се увеличава, когато структурата се движи от ″ към , така че съдържанието на молибден може да се използва за регулиране на реакцията на износване и деформация.

Якост на огъване и модул на огъване

Силата и твърдостта не следват същата тенденция и това прави сериала интересен. Якостта на огъване на Ti-7.5Mo е подобна на тази на Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr и по-висока от тази на търговски чист титан. Поради това здравината не се жертва, когато сплавта е избрана поради ниската си твърдост.

Модулът на огъване на ″-доминираната Ti-7.5Mo сплав е значително по-нисък от алтернативите:

22% по-ниска от Ti-15Mo

47% по-ниска от Ti-6Al-4V

17% по-ниска от Ti-13Nb-13Zr

около 40% по-ниска от търговски чист титан

Комбинацията от умерена якост и нисък модул е ​​необичайна и обяснява защо ″ титан-молибденовите сплави привличат вниманието навсякъде, където даден компонент трябва да се огъва, а не да се съпротивлява.

Защо комбинацията с нисък-модул има значение

В много приложения на титан прекомерната твърдост е по-скоро недостатък, отколкото предимство. Модул, далеч над този на заобикалящия материал, концентрира напрежението в интерфейса, а по-твърдият компонент носи непропорционален дял от натоварването. Намаляването на модула при запазване на якостта на огъване на сравнимо ниво позволява по-равномерно разпределение на пътя на натоварването, което е механизмът зад интереса към титанови сплави с нисък{2}}модул за-носещи товар компоненти, които трябва да съответстват на еластичната реакция на съседни части.

Данните за твърдостта допълват картината. Когато се иска нисък модул, "структурата при около 7,5 тегл.% Mo е естественият избор; където се предпочита по-висока твърдост и е приемлива по-твърда реакция, запазените структури при 10 тегл.% Mo и повече са по-подходящи. Тъй като фазовата структура е толкова чувствителна към съдържанието на молибден, малките разлики в състава се превръщат в измерими разлики в свойствата и спецификация, която оставя диапазона на молибден отворен, няма да осигури постоянни свойства.

Ръководство за избор и обработка

Първо оправете обхвата на молибдена- фазата и следователно твърдостта и модулът следват директно от нея. Отнасяйте се към промяна от няколко тегловни процента като промяна на материала.

Потвърдете фазата в крайния продукт- Рентгеновата дифракция върху отливката или термично-обработеното състояние е директният начин да се провери дали е получена ″ или смес.

Измерете свойствата, които имат значение- микротвърдост за поведение при износване и деформация и три-точково огъване за якост на огъване и модул на огъване.

Сравнете с известни препратки- Ti-6Al-4V, Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr предоставят установените базови линии за сравнения на твърдост, якост на огъване и модули.

Очаквайте чувствителност към кастинг- тъй като структурата и морфологията зависят от съдържанието на молибден, топлинната история по време на отливането и всяка последваща обработка трябва да се контролират и документират.

Често задавани въпроси

Въпрос: Коя Ti-Mo сплав има най-ниска твърдост?
″ фазата Ti-7.5Mo сплав има най-ниската твърдост сред изследваните бинарни титан-молибденови сплави.

Въпрос: Кои сплави от серията са най-твърди?
Фазовите сплави, съдържащи 10 и 12,5 тегл.% Mo, показват най-висока твърдост от серията.

Въпрос: Как Ti-7.5Mo се сравнява с Ti-6Al-4V по отношение на микротвърдостта?
Неговата стойност на микротвърдост е с 10,5% по-ниска от тази на Ti-6Al-4V и 7,7% по-ниска от тази на Ti-13Nb-13Zr.

Въпрос: Ti-7.5Mo по-слаб ли е при огъване от другите титанови сплави?
Не. Неговата якост на огъване е подобна на Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr и по-висока от търговски чист титан.

В: Колко нисък е модулът на огъване на ″ Ti-7.5Mo?
Той е с 22% по-нисък от Ti-15Mo, 47% по-нисък от Ti-6Al-4V, 17% по-нисък от Ti-13Nb-13Zr и около 40% по-нисък от търговски чист титан.

Въпрос: Защо съдържанието на молибден има толкова голямо значение?
Тъй като кристалната структура и морфологията на отлятата сплав са чувствителни към него: 6 wt% Mo дава фин игловиден мартензит ″, 7,5 wt% Mo е доминиран от ″, а 10 wt% Mo или повече остават като единствената основна фаза.

Въпрос: Каква е практическата полза от тази карта на имотите?
Тя позволява сплавта да бъде съгласувана с приложението - ″ структурата, където е необходим нисък модул, и структурите, където се предпочита по-висока твърдост.