Preparazione, elaborazione e applicazione di compositi a matrice di titanio resistenti alla corrosione

Conosciuto come "metallo moderno" e "metallo spaziale", le leghe di titanio e titanio hanno le caratteristiche di bassa densità, elevata resistenza specifica, resistenza alla corrosione e eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura e sono state sempre più ampiamente utilizzate nell'industria aerospaziale, chimica, Ingegneria marina, biomedicina e altri campi. Le leghe di titanio hanno anche fatto molte scoperte nel corso di decenni di sviluppo. Il metodo di allega ha migliorato significativamente le prestazioni dei rinforzi in lega di titanio e la temperatura di servizio è stata aumentata da 350 ℃ a 600 ℃, ma non è stata in grado di sfondare il collo di bottiglia di 600 ℃ negli ultimi 30 anni. Con il rapido sviluppo del titanio nell'industria aerospaziale, gli aerei ad altissima velocità devono lavorare a temperatura massima, forte stress, usura forte e altre condizioni estreme, il che mette in avanti requisiti più rigorosi sulla resistenza, la rigidità, la resistenza al calore e Altre proprietà dei materiali a base di titanio. Uno dei modi efficaci per ottenere alte prestazioni delle leghe di titanio è introdurre la fase di rinforzo ceramica a bassa o/particelle e controllarne la disposizione spaziale ordinata. I materiali risultanti sono noti come compositi a matrice di titanio (TMC), tra questi, questo tipo di TMC con IMI834, Ti1100, BT36, TI60, TI600, TI65 e altre lega di titanio ad alta temperatura di tipo α come matrice TMC resistenti (HRTMC). Gli ossidi di terra TIB, TIC, TI5SI3 e rari (come LA2O3) sono le fasi di rinforzo ceramica più comunemente usate in TMC, che di solito sono generate dall'autogenesi in situ tra matrice di titanio e reagenti come B, TIB2, C, B4C, SI e lab6 durante il processo di preparazione. Per mezzo della progettazione di composizione flessibile, squisita distribuzione, ottimizzazione strutturale e vari controlli di lavorazione della lavorazione della deformazione, gli TMC possono realizzare l'accoppiamento sinergico tra leghe duttili di titanio e alta rigidità e corpi di rinforzo ad alta resistenza, mostrando così una maggiore resistenza specifica, una maggiore rigidità specifica e una migliore rigidità di usura resistenza. La temperatura di utilizzo degli HRTMC è aumentata di 50 ~ 200 ℃ rispetto alla tradizionale lega di titanio e si prevede che sostituirà parzialmente la tradizionale SuperAlloy nell'ambiente d'uso di 550 ~ 800 ℃, in modo da ottenere una sostanziale perdita di peso. HRTMCS ha un'ampia prospettiva di applicazione e potenziale di sviluppo nell'aerospaziale e in altri campi, quindi è stato molto preoccupato.

Con la temperatura che sale superiore a 600 ℃, il significativo indebolimento della resistenza al limite del grano è diventato uno degli ostacoli per migliorare ulteriormente la resistenza al calore dei TMC. Sebbene il rinforzo a singola scala possa migliorare la resistenza al limite del grano, causerà una maggiore fragilità a temperatura ambiente. Il rinforzo multi-componente e multi-scala può rafforzare efficacemente i confini del grano mentre alleviano il declino della plasticità. Con la comprensione più approfondita delle configurazioni composite fine nei materiali strutturali biologici, è stata prestata maggiore attenzione all'effetto di configurazioni composite "non uniformi" sul rafforzamento e il restringimento dei compositi della matrice metallica. La configurazione composita è più favorevole all'esercizio del grado di libertà di progettazione composita e dell'effetto di accoppiamento sinergico tra diversi componenti, in modo da esplorare ulteriormente il potenziale della resistenza al calore dei TMC. Inoltre, l'introduzione della fase di rinforzo ceramica riduce le prestazioni di elaborazione termica dei TMC, quindi la tradizionale tecnologia di deformazione termica per elaborare i TMC, la resa e la stabilità del prodotto non sono ideali, non può ottenere la preparazione di componenti complessi di grandi dimensioni e produzione di massa. I componenti formati da una tecnologia di formazione quasi netta come la forgiatura isotermica, la fusione di precisione e la produzione additiva non devono essere elaborati o necessitano solo di una piccola quantità di elaborazione, che non solo può migliorare il tasso di utilizzo delle materie prime, ma anche risolvere la formazione Problemi di componenti complessi, in modo che abbiano ampie prospettive di applicazione e attirano l'attenzione.

Le teorie del design di nuovi materiali come il rafforzamento collaborativo di micro-nano e il design della configurazione composita forniscono nuove idee di ricerca per migliorare ulteriormente le proprietà complete degli HRTMC. La tecnologia di formazione netta quasi più matura fornisce un nuovo modo tecnico per risolvere efficacemente il difficile problema della formazione dei componenti HRTMCS. In questo documento, gli esempi di progresso e applicazione della ricerca di HRTMC sono rivisti dagli aspetti della progettazione e della preparazione della configurazione composita, la tecnologia di elaborazione della formazione netta e le proprietà meccaniche ad alta temperatura e i problemi esistenti, i punti chiave e la direzione di sviluppo futura di HRTMCS sono proposto.

Dopo anni di ricerca, sono stati fatti grandi progressi nella progettazione, preparazione e elaborazione dei TMC. Attraverso la regolamentazione ordinata dei parametri strutturali come le dimensioni, il tipo e le caratteristiche di distribuzione della fase di rinforzo e la struttura della matrice, sono state migliorate le proprietà complete dei materiali e sono stati risolti i problemi chiave della preparazione e della formazione dei componenti di TMC E sono stati applicati in alcuni campi chiave. Ha prodotto buoni benefici sociali ed economici. Al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni complete degli HRTMC, promuovere lo sviluppo della tecnologia di elaborazione avanzata per materiali compositi e continuare ad espandere l'esplorazione delle applicazioni di materiali in aerospaziale, petrolio, industria chimica, navi e altri campi, è possibile svolgere il lavoro, è possibile svolgere lavori Le seguenti quattro direzioni in futuro.

(1) TMC su larga scala di lancio di lingotti o metallurgia in polvere, tubo, asta, produzione industriale della piastra. I componenti su larga scala devono preparare più grandi specifiche del billetto composito di matrice in titanio o della metallurgia della polvere, come preparare la composizione uniforme, la buona consistenza, nessun difetto e la qualità stabile del billetto di lancio e metallurgia in polvere è il problema chiave che deve essere risolto in grande -Scale Applicazione di TMCS. Su questa base, la produzione di tubi, aste e piastre TMCS viene realizzata utilizzando attrezzature industriali.

(2) Micro-nano e accoppiamento di configurazione. La resistenza al limite del grano diminuisce significativamente ad alta temperatura. Rafforzare il limite del grano è la chiave per migliorare ulteriormente le prestazioni ad alta temperatura degli HRTMC in futuro. Le prestazioni ad alta temperatura degli HRTMC possono essere significativamente migliorate dal rafforzamento di micro/nano e rafforzamento della configurazione. Pertanto, la combinazione di rafforzamento micro e nano e rafforzamento della configurazione dovrebbe migliorare ulteriormente le prestazioni ad alta temperatura dei TMC. Ottimizzando il tipo, il contenuto, le dimensioni e la distribuzione spaziale del rinforzo nei materiali compositi, viene realizzata la distribuzione multi-struttura del rinforzo multicomponente e multi-scala, che diventa un nuovo modo per rompere il collo di bottiglia della resistenza di calore di TMC.

(3) Sviluppare una tecnologia di elaborazione della formazione netta avanzata. Produzione additiva, fusione di precisione e formazione superplastica isotermica sono tre tipi di tecnologia di formazione netta vicina, che sono importanti una svolta per risolvere la formazione del componente complesso HRTMCS. In termini di produzione additiva, la polvere composita ha un vantaggio congenito e lo sviluppo di un nuovo percorso di preparazione del processo a breve termine in polvere composito per ridurre i costi di produzione e abbreviare il ciclo di processo è utile per promuovere lo sviluppo della tecnologia additiva HRTMCS. In termini di fusione di precisione, è necessario ottimizzare la composizione in lega di matrice e il tipo e il contenuto del rinforzo e simulare il processo di fusione di precisione TMC per ottimizzare il modello e il processo di fusione, in modo da ridurre i difetti di fusione, migliorare la fluidità e garantire il riempimento e migliora le proprietà meccaniche dei getti. In termini di formazione superplastica isotermica, è necessario continuare la ricerca approfondita sul processo e il meccanismo di formazione superplastica delle HRTMC, ed esplorare l'influenza di più rinforzi multi-scala e la sua distribuzione di configurazione sul meccanismo di deformazione superplastica, in modo da raggiungere una regolamentazione sottile della struttura della matrice e mantenere la distribuzione della configurazione del rinforzo e esercitare ulteriormente i suoi vantaggi nella preparazione di stabilizzazione di componenti complessi di grandi dimensioni.

(4) Migliorare lo sviluppo di dati completi sulle prestazioni e le relative tecnologie di rilevamento. Oltre alla buona tenacità della temperatura ambiente e all'eccellente resistenza ad alta temperatura, gli HRTMC prestano maggiore attenzione alle proprietà di scorrimento, alla resistenza alla frattura e alle proprietà della fatica, che sono indicatori chiave che devono essere considerati quando TMC viene utilizzato in ambienti estremi come l'aerospaziale. Gli effetti del rinforzo, della corrispondente distribuzione della configurazione e dei parametri di deformazione su proprietà complete dovrebbero essere considerati per ottimizzare la progettazione, la preparazione e l'elaborazione dei materiali compositi. Allo stesso tempo, è necessario risolvere i problemi chiave come il rilevamento di compositi della matrice di titanio e test non distruttivi, che hanno un significato significativo per l'accelerazione dell'applicazione di HRTMCS.