На фоне бурного развития индустрии титановых сплавов обычный титановый сплав TC4, наиболее широко используемый базовый материал для аэрокосмической, энергетической и морской промышленности, уже давно страдает от -широкого отраслевого узкого места, связанного с снижением прочности и ударной вязкости: как только материал соответствует заданным требованиям к прочности, его вязкость разрушения значительно ухудшается. Трещины легко возникают в условиях эксплуатации, связанных с переменными циклическими нагрузками, резкими высокими-колебаниями низких температур и коррозионными воздействиями. окружающей среды, серьезно ограничивающей дальнейшее внедрение титановых изделий в высокотехнологичное оборудование. Недавно исследовательская группа из Школы материалов Чжэцзянского университета в сотрудничестве с научно-исследовательскими институтами Университета Кумамото, Япония, разработала новый коммерческий титановый сплав с улучшенной на 30 % ударной вязкостью без изменения базового химического состава или снижения исходной механической прочности. Этот прорыв привлек широкое внимание в отрасли.
Сосредотачиваясь на фундаментальных исследованиях механизмов материалов, Чжэцзянский университет отслеживал фазовые превращения между и фазами титановых сплавов на микроуровне, используя передовые технологии in-электронной микроскопии и определения характеристик синхротронного излучения. Тем временем Университет Кумамото сосредоточился на испытаниях механики разрушения и проверке промышленных процессов термообработки. Внутри матрицы сплава была построена иерархически бимодальная микроструктура, состоящая из попеременно крупных и мелких зерен. Произвольно расположенные в шахматном порядке зерна - фазы отклоняют пути распространения трещин и рассеивают энергию разрушения, в то время как ультра-мелкозернистая -фаза - поддерживает общую структурную прочность, достигая эффективного упрочнения на микроскопическом уровне.
Сертификационные испытания сторонних-подтверждают, что новый сплав обеспечивает прочность на разрыв, эквивалентную обычному TC4, а также более высокую вязкость разрушения на 30 % по сравнению с национальными стандартами. Также достигаются дополнительные улучшения в пластичности, криогенной вязкости и усталостной стойкости. Самое главное, что процесс модификации полностью совместим с существующими производственными линиями для выплавки, прокатки и ковки титана, что позволяет осуществлять массовое производство на существующем оборудовании и сократить производственные затраты.
При промышленном применении разработанный сплав служит не только для окончательного формования титановых листов, но и в качестве сырья для плакированных пластин из титановой-стали. Целевые области применения включают теплообменники для энергетических установок, компоненты охлаждения для морских ветроэнергетических установок и детали аэрокосмических конструкций, удовлетворяющие строгим критериям выбора материалов для отечественных и международных производителей энергетического оборудования. Это нововведение открывает инновационный технический путь для внутренней локализации высококачественных-титановых материалов в Китае и повышения производительности плакированных пластин.
