Die Universität Xi'an Jiaotong durchbricht erfolgreich die Bruchzähigkeitsgrenze von Titanlegierungen

Von der Xi'an Jiaotong-Universität sind aufregende Neuigkeiten eingetroffen, dass das Forschungsteam bahnbrechende Fortschritte auf dem Gebiet der Titanlegierungsforschung erzielt hat. Es gelang ihnen, den Gehalt an Sauerstoffverunreinigungen in handelsüblichem Reintitan deutlich zu reduzieren und so eine deutliche Verbesserung der Bruchzähigkeit von Titan zu erzielen. Diese Errungenschaft bricht nicht nur mit traditionellem Wissen, sondern eröffnet auch neue Wege für die Gestaltung hochfester und hochzäher Titanlegierungen.

Fachleuten zufolge hat das Team innovative technologische Mittel eingesetzt, um den Sauerstoffverunreinigungsgehalt in kommerziellem Reintitan von herkömmlichen {{0}},14 Gew.-% auf beispiellose 0,02 Gew.-% zu reduzieren. Diese erhebliche Sauerstoffreduktionsbehandlung hat dazu geführt, dass die Bruchzähigkeit von Titan von ursprünglich 117 MPa ∙ m ^ 1/2 auf erstaunliche 255 MPa ∙ m ^ 1/2 angestiegen ist. Dieser Wert übertrifft nicht nur alle kommerziell erhältlichen reinen Titan- und Titanlegierungen, sondern auch die Bruchzähigkeit der meisten Metallmaterialien, was beweist, dass Titan mit niedrigem Sauerstoffgehalt derzeit eines der duktilsten Metallmaterialien ist, die wir kennen. Diese Studie erzielte nicht nur einen Durchbruch bei der Leistung vonTitanlegierungen, zeigte aber auch zum ersten Mal die ultrahohe intrinsische Bruchzähigkeit von Titan. Diese Entdeckung durchbricht die traditionelle Auffassung, dass die Bruchzähigkeit von Titan und Titanlegierungen weniger als 130 MPa ∙ m ^ 1/2 beträgt, und bietet Möglichkeiten für eine breitere Anwendung von Titanlegierungen in verschiedenen Bereichen.

Im Luft- und Raumfahrtbereich werden Titanlegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig verwendet. Allerdings war seine Bruchzähigkeit schon immer ein Schlüsselfaktor, der seine Anwendung unter bestimmten kritischen Belastungsbedingungen einschränkte. Die Leistungen dieses Forschungsteams liefern neue Ideen zur Verbesserung der Anwendung von Titanlegierungen im Luft- und Raumfahrtbereich. Durch die Kontrolle des Sauerstoffgehalts kann nicht nur die Bruchzähigkeit von Titanlegierungen verbessert werden, sondern es wird auch erwartet, dass verwandte Produkte kommerzialisiert werden und die Entwicklung der Titanlegierungstechnologie weiter vorangetrieben wird. Darüber hinaus führte das Forschungsteam eingehende Untersuchungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dicht gepackter hexagonaler Metalle durch und schlug ein Designschema für die Legierung vor. Durch die Förderung der umfassenden Aktivierung von Deformationszwillingen und die Nutzung von Zwillingsgrenzen zur Erleichterung der dichten Initiierung von Versetzungen werden die mechanischen Eigenschaften dicht gepackter hexagonaler Metalle erheblich verbessert. Diese Entdeckung liefert neue Ideen und Methoden zur Regulierung der Verformungsfähigkeit dicht gepackter hexagonaler Metalle und dürfte dem technologischen Fortschritt in verwandten Bereichen neue Dynamik verleihen. Die Forschungsgruppe hat auch erhebliche Fortschritte bei der Erzielung einer guten Umsetzung des Phänomens der durch festen gelösten Sauerstoff verursachten Sprödigkeit erzielt. Sie erfanden eine Technik namens Metalloberflächen-Gradienten-Sauerstoffinfiltration, bei der Metalle, die zur Sauerstoffabsorption neigen, in einer Sauerstoffatmosphäre mit hoher Temperatur behandelt werden, sodass Sauerstoff von der Metalloberfläche in das Innere des Metalls diffundieren kann. Diese Behandlung erzeugt einen Sauerstoffkonzentrationsgradienten von der Oberfläche zum Inneren des Metallmaterials, was zu einem Metallmaterial führt, das hohe Festigkeit und Zähigkeit vereint. Die Erfindung dieser Technologie liefert neue Ideen und Methoden zur Oberflächenverstärkung von Metallmaterialien, was voraussichtlich die technologische Innovation in verwandten Bereichen vorantreiben wird.

Zusätzlich zu den oben genannten Erfolgen führte das Forschungsteam auch eingehende Untersuchungen zum duktilen Sprödübergang von Metallmaterialien durch und stellte fest, dass der duktile Sprödübergang von kubisch raumzentrierten Metallen eng mit der Effizienz von Versetzungsquellen zusammenhängt. Diese Entdeckung bietet eine neue Perspektive für das Verständnis des Verformungs- und Bruchverhaltens von Metallmaterialien sowie neue Ideen und Methoden zur Regulierung der mechanischen Eigenschaften von Metallmaterialien. Der revolutionäre Durchbruch bei der Leistungsfähigkeit von Titanlegierungen bietet dieses Mal nicht nur wertvolle Inspiration für die Gestaltung von hochfesten und hochzähen Titanlegierungen, sondern bietet auch Möglichkeiten für die Anwendung von Titanlegierungen in einem breiteren Spektrum von Bereichen. Mit der weiteren Förderung und Anwendung dieser Errungenschaft haben wir Grund zu der Annahme, dass die Leistung von Titanlegierungen erheblich verbessert und ihr Anwendungsbereich weiter erweitert wird. Gleichzeitig werden die Erfolge des Teams bei der Erforschung des Einflusses von Sauerstoff in fester Lösung, bei neuen technologischen Erfindungen und bei der Untersuchung des Übergangsmechanismus von Metallwerkstoffen in den duktilen Sprödigkeitsbereich auch neue Dynamik in die Entwicklung des Bereichs der Metallwerkstoffe bringen.