Характеристика титана по плану: характеристика титана пожалуйста срочно — Школьные Знания.com

Содержание

POLARIS 800 TITAN Adventure 155. Титановые сплавы

Сказать, что появления нового утилитарного снегохода от Polaris ждали, – не сказать ничего. Американцы улучили момент, ударив по конкурентам грозным оружием с именем Titan. Насколько болезненно?

За последнее десятилетие среди покупателей снегоходов выросло целое поколение людей, хорошо разбирающихся в теме и внимательно подбирающих аппарат под свои потребности. Мириться с тяжестью и неповоротливостью традиционного утилитарного снегохода, равно как и с резкостью и непрактичностью горного, готово еще меньше людей, чем купить по «снежику» на каждый случай жизни.

Попытки «скрестить ежа с ужом» в этой индустрии начались еще несколько лет назад, но построить действительно быстрый, послушный и при этом практичный снегоход удавалось не-многим. Именно поэтому появление утилитарного снегохода нового поколения в модельной гамме Polaris – признанного лидера отрасли – ждали особенно. Но получилось ли у них?

Дело техники

Уже одним своим видом новый Titan говорит – да, получилось! Притом что вид может быть разный: в нынешнем году Polaris показал сразу три исполнения модели, различающихся комплектацией и характером. Версия SP – самая простая и доступная, укомплектованная необходимым минимумом опций – идеальный выбор для тех, кому снегоход нужен в первую очередь для работы. Исполнение XC при тех же достоинствах позволит ехать немного динамичнее – амортизаторы с выносными резервуарами имеют широкий набор регулировок, а низкая «мухобойка» ветрового стекла явно рассчитана на тех, кому за рулем не бывает холодно.

А вот комплектации Adventure, напротив, развитая ветрозащита необходима, ведь в ней слово «комфорт» стоит во главе угла. Именно поэтому ее ветровое стекло полностью закрывает водителя от встречного воздуха, а сам снегоход богато укомплектован различными опциями вроде обогрева рукояток для пассажира (грипсы и курки «газа» подогреваются на всех представителях семейства), зеркал, регулируемых амортизаторов FOX и багажной площадки Lock & Ride Versa с уже установленным на нее кофром.

Длинноходная рычажная подвеска обеспечивает непревзойденную плавность хода и отличную управляемость, но в лесах и на каменистых склонах требует от пилота особого внимания – оставить комплект рычагов можно в момент

Высота грунтозацепов у всех трех исполнений не отличается и составляет 1,8 дюйма, что в российских реалиях большой плюс – закопаться с такими развитыми зацепами гусенице будет чрезвычайно трудно даже при езде задним ходом.

На презентации модельной линейки 2018 года, прошедшей в окрестностях Кандалакши, поездить удалось сразу на двух исполнениях снегохода Polaris Titan – XC и Adventure. И пусть по сути это одна модель, опции и аксессуары полностью преображают аппараты, визуально делая их абсолютно разными. Именно поэтому начать я решил с самой яркой и легкой версии — XC.

Titan построен вокруг дебютировавшей пару лет назад снегоходной платформы AXYS, созданной в соответствии с главным трендом наших дней: максимально возможном снижении и правильном распределении массы. Такой подход обеспечивает непревзойденную управляемость – важный критерий выбора современных фанатов сноумобилей.

Разумеется, при производстве рамы и подвесок активно используется крылатый металл – алюминия в новинке чрезвычайно много, хотя при беглом осмотре в глаза он не бросается (почти все металлические детали окрашены в стильный черный цвет). Немало алюминиевых элементов и в подвесках, амортизаторы которых имеют довольно широкий диапазон регулировок. На утилитарном снегоходе такие прогрессивные и технологичные решения встретишь нечасто, в отличие от спортивных и туристических моделей.

А вот гусеница Widetrack шириной 20 дюймов больше свойственна утилитарным аппаратам, где управляемость, как правило, приносится в жертву грузоподъемности и проходимости в глубоком снегу, в том числе с тяжелыми санями. Неординарное сочетание, приправленное великолепным 2-цилиндровым 795-кубовым двухтактным двигателем Cleanfire H.O., который раньше встречался на спортивных моделях бренда.

Пиковая мощность силового агрегата  составляет 154 л.с. Впрочем, на фоне инженерных решений, примененных в этом моторе, «лошадки» отходят на второй план, на первом – электроника, управляющая двигателем. Ведь, кроме впрыска, «провода» здесь командуют выпускными клапанами и даже масляным насосом!

Вне всякого сомнения, новая цветная приборная панель со встроенным компасом и навигацией – новое слово в индустрии

Последнее решение автомобилистам, привыкшим к четырехтактным моторам, может показаться странным, но в мире двухтактных двигателей, традиционно смазывавшихся маслом, растворенным в топливовоздушной смеси, такое решение – прорыв, повысивший не только экологичность, но и экономичность, а главное, мощность и ресурс двигателя.

Помимо этого мотор новинки отличается от модификаций, установленных на других моделях, улучшенной системой охлаждения, облегченным коленчатым валом и, как следствие, лучшим откликом на «газ». И, что важно, новой схемой работы генератора, обеспечивающей должный уровень заряда не только на средних и высоких, но и на низких оборотах. Именно благодаря ему, включая обогрев, свет и другие потребители на «холостых», больше не нужно бояться, что аккумулятор разрядится.

Трудится двигатель в паре с бесступенчатой вариаторной трансмиссией Polaris Titan Alpha, имеющей «нейтраль», «реверс» и, как водится на утилитарных снегоходах, пониженную передачу, предназначенную для езды с тяжелыми санями и высокой загрузкой.

Но все же основным, на мой взгляд, нововведением стала приборная панель с цветным жидкокристаллическим экраном диагональю 4,3 дюйма. Именно ее появление можно назвать настоящей революцией в сегменте утилитарных снегоходов, ведь в функционал, помимо отображения всех данных о скорости, оборотах и температуре двигателя, входит полноценный навигатор, записывающий ваш трек и имеющий функцию компаса. Отныне заблудиться на снегоходе невозможно! Впрочем, доступна она лишь в версии Adventure, а SP и XC оснащаются более консервативными и скромными монохромными панелями.

Выбирая направления

А что на ходу? Водительское место комфортно, а невысокое ветровое стекло располагает к активной езде по склонам, да таким, куда обычному утилитарному снегоходу дорожка заказана. Штатные настройки подвесок великолепны, и, несмотря на широкую гусеницу, за рулем Titan следует играючи. Проходимость? Огромные зацепы гусеницы и размер позволяют уверенно нажимать курок «газа» едва ли не в любых подъемах и на любом пухляке – закопаться на нем непросто, причем как на абсолютно пустом снегоходе, так и на груженом.

Хватает и тормозов – дисковый механизм с гидравлическим приводом хорош, без всяких поправок на назначение машины. Интересно, что и Adventure, на который я пересел несколько позже, отнюдь не ощущается тяжелым, хотя опции вроде пассажирской спинки, подлокотников и багажной системы массу определенно увеличивают. Для аппарата, основным назначением которого является многочасовая работа в сложных условиях, комфорт куда важнее массы, и высокое ветровое стекло вкупе с развитым поясничным упором приходятся здесь как нельзя кстати.

Три различные комплектации, каждая из которых заточена под конкретные потребности владельца и особенности эксплуатации, – отличное решение, позволяющее сэкономить кучу денег на тюнинге и доработке под себя

В горы на таком снегоходе забраться будет сложнее, чем на XC, зато по лесам, холмам и равнинам запросто удастся проехать не одну сотню километров, не ощущая ни холода, ни усталости. Не подкачают и подвески – достаточно комфортные и длинноходные, которые к тому же можно отрегулировать под свой стиль езды. Да и для пассажира Adventure будет удобнее любого другого исполнения.

Так получилось ли у Polaris задать новые стандарты в классе утилитарных снегоходов? Несомненно, хотя Titan по всем ощущениям куда ближе к классу кроссоверов – слишком послушный аппарат, способный, помимо пользы в хозяйстве, доставлять уйму удовольствия тому, кто находится за рулем.

При этом утилитарные качества вроде проходимости, надежности и способности тащить за собой тяжелые сани – никуда не делись и полностью соответствуют требованиям класса «утилей».

И если по мощности двигателя конкуренты еще могут поспорить, то уровень электронного оснащения этой модели для них пока недосягаем, да и аналогичный комфорт предложить смогут не многие.  

Технические характеристики снегоходов POLARIS 800 TITAN Adventure 155

Габариты, мм

3280х1220х1450

База лыж, мм

991/1016/1041

Сухая масса, кг

298

Объем бака, л

53

Тип двигателя

2-цилиндровый 2-тактный атмосферный

Рабочий объем, куб. см

795

Макс. мощность, л.с./об/мин

154

Охлаждение

жидкостное

Трансмиссия

вариатор с пониженной передачей, задним ходом и нейтралью

Тормоз

дисковый с гидравлическим приводом

Передняя подвеска

независимая со сдвоенными А-образными рычагами и ходом 236 мм

Задняя подвеска

с шарнирным удлинением и ходом 419 мм

Автор
Дмитрий Федотов
Издание
Автопанорама №10 2017
Фото
Дмитрий Гальчун и Polaris

«Технодинамика» намерена стать резидентом «Титановой долины»

09.07.2015г.

Холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех и ОАО «ОЭЗ «Титановая долина» подписали соглашение о намерениях. Холдинг рассчитывает производить титановые изделия для воздушных судов на территории особой экономической зоны. Подписание состоялось 9 июля в рамках деловой программы международной промышленной выставки ИННОПРОМ-2015.

Холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех заинтересован в размещении проекта производства титановых изделий для воздушных судов на территории Особой экономической зоны «Титановая долина». Соглашение о намерениях о размещении такого проекта на площадях ОЭЗ было подписано главой холдинга Максимом Кузюком и генеральным директором ОЭЗ Артемием Кызласовым на выставке ИННОПРОМ-2015.

Стороны договорились о поэтапной реализации проекта. В ближайшем будущем будут определены технико-экономические характеристики будущего производства и разработан бизнес-план. Затем «Технодинамика» намерена получить статус резидента особой экономической зоны и приступить к реализации проекта.

«Новый проект позволит существенно снизить издержки при создании титановых изделий для российской авиации и уменьшить стоимость логистической составляющей», — отметил генеральный директор АО «Технодинамика» Максим Кузюк.

Размещение механообрабатывающего производства в непосредственной близости от промышленного гиганта «Корпорации ВСМПО-Ависма» — крупнейшего в мире производителя титана — открывает еще больше возможностей для промышленной кооперации и развития.

По мнению генерального директора ОЭЗ «Титановая долина» Артемия Кызласова, данный проект будет способствовать развитию уникальной специализации ОЭЗ «Титановая долина» — организации новых высокотехнологичных производств изделий из титана с целью расширения номенклатуры и глубины переработки титана, расширению Титанового кластера Свердловской области, деятельность которого направлена на упрочнение компетенций региона в области производства и переработки титана.


Дата публикации:  09.07.2015г.


Описание – технические характеристики газотурбинной установки Солар Турбайнз Титан 130, мощность 15000 кВт

Особенности установки

Для морского применения или для суши при повышенных требованиях
NEC Класс 1, Раздел 2 или CENELEC/ATEX Зона 2
Осевой или компактный радиальный выхлоп
Имеется стандартная комплектация для суши (только с осевым выхлопом)

Общие технические данные


Газовая турбина Titan™ 130
  • Промышленная, одновальная, с простым циклом
  • Компрессор:
    • 14-ступенчатый, осевой
    • Регулируемые направляющие аппараты. 5 статоров
    • Степень повышения давления: 17,1:1
    • Расход на входе: 49.8 кг/с (109,7 фн/с)
    • Частота вращения: 11220 об/мин
    • Корпус с вертикальным разъемом
  • Камера сгорания:
    • Одиночная, кольцевая
    • Обычная: 21 топливная форсунка или
    • SoLoNOxTM низкоэмиссионная с сухим подавлением выбросов: 14 топливных форсунок
    • Система запальной горелки
  • Силовая турбина
    • 3-ступенчатая. осевая
  • Подшипники:
    • 3 сегментных опорных подшипника
    • 1 сегментный упорный подшипник
  • Покрытия
    • Компрессор: неорганическое алюминием
    • Лопатки турбины и сопловых аппаратов: Диффузионное, алюминидом драгметалла

Редуктор

  • Планетарный
    • 1500 об/мин (50 Гц) или 1800 об/мин (60 Гц)
    • Коробка вспомогательных приводов Генератор
  • Тип: явнополюсный, трехфазный, 6-проводной. соединение звездой, синхронный с возбуждением генератором на постоянных магнитах
  • Имеющиеся исполнения:
    • Открытый каплезащищенный
    • Закрытый с воздухо-воздушным охлаждением*
    • Закрытый с воздушно-водяным охлаждением*
  • Подшипники скольжения
  • Изоляция NEMA Класс F
  • Превышение температуры Класс В
  • Напряжения: 6600 — 13800 В
  • Частота: 50 или 60 Гц

Установка

  • Механическое исполнение
    • Стальная рама основания с поддонами
    • Обвязка из нержавеющей стали 316L5 ≤ диам. 4″
    • Обжимные трубные муфты
    • Пригодны для трехточечной подвески*
    • Варианты для плавучих установок для добычи, хранения и выгрузки (за дополнительную плату)*
  • Электрическая система
    • NEC, Класс 1, Группа D, Раздел 2
    • CENELEC/ATEX Зона 2*
    • Проводка в кабельном желобе
    • Аккумулятор 120 В постоянного тока/ Система зарядки
  • Электрическая система пуска
  • Топливные системы
    • с обычным горением или низкоэмиссионная (SoLoNOx)
  • Виды топлива
    • Природный газ или двухтопливная (газа/дистиллятное топливо)
  • Встроенная система смазки
    • Приводимый турбиной главный насос
    • Электрический насос предпусковой и заключительной смазки
    • Резервный насос постоянного тока (120В)
    • Маслоохладитель и маслоподогреватель (за дополнительную плату)
    • Маслоотделитель и пламегаситель вентиляции бака
    • Масляный фильтр системы смазки
  • Система очистки турбины компрессора при прокручивании и в работе (за дополнительную плату)*
    • Передвижной очистной бак (за дополнительную плату)
  • Системы воздухозабора и выхлопа
    • Углеродистая сталь
    • Нержавеющая сталь*
    • Морские фильтры*
  • Укрытие (только для привода или полное)
    • Система обнаружения и тушения пожара
  • Заводские испытания турбины и установки
    • Документация
    • Электротехнические чертежи
    • Механические чертежи
    • Паспорт контроля качеств
    • План осмотра и испытаний
    • Протоколы испытаний
    • Руководства по эксплуатации и обслуживанию
  • Пульт цифрового дисплея на агрегатной раме

Система управления TurbotronicTM

  • Система управления на агрегатной раме (внешняя система управления за дополнительную плату)
    • Питание САУ 24 В постоянного тока (вход 120 В постоянного тока)
    • Контрольный интерфейс с последовательным каналом связи
    • Возможность непосредственного программирования
  • Контроль вибрации
    • Подшипники и вал турбины
    • Редуктор
    • Подшипники генератора
  • Контроль температуры
    • Процесс горения турбины
    • Подшипники и турбины и смазка
    • Подшипники и обмотки генератора
  • Регулирование генератора
    • Выбираемые режимы регулирования
    • Транзисторное регулирование напряжения
    • Автоматическая синхронизация
    • Щит учета с ручной синхронизацией (за дополнительную плату)
    • Регулирование активной мощности (за дополнительную плату)
  • Система воспроизведения и контроля ТТ4000
    • Множественные экраны дисплея оператора
    • Сбор и воспроизведение данных
    • Характеристика турбины (за дополнительную плату)
    • Принтер/регистратор (за дополнительную плату)

Характеристика

Номинальная мощность

15 ООО кВтэ

Удельный расход теплоты топлива

10230 кДж/кВтэ-ч

 

(9695 БТЕ/кВтэ-ч)

Расход на выхлопе

179250 кг/ч

 

(395180 фн/ч)

Темп. выхлопа

495°С

 

(925°F)

Номинальный режим — ISO при 15°С (59°F), уровень моря
Без учета потерь на входе и выхлопе
Относительная влажность 60%
Топливо — природный газ с низшей теплотворной способностью = 31.5 — 43.3 МДж/нм3 (800- 1100 БТЕ/н куб. фт)
Оптимальная частота вращения силовой турбины
Вспомогательное оборудование с приводом переменного тока
КПД двигателя: 35.2%

Корпоративный сайт компании

Официальный сайт УГАТУ

Ученые из УГАТУ усовершенствовали титановый сплав для отечественной авиационной промышленности

 

Учёные Института физики перспективных материалов (ИФПМ) Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) разработали научно-технические подходы и способ повышения прочности титанового сплава ВТ8М-1.

 

Усовершенствованный сплав отличается ультрамелкозернистой структурой и повышенной прочностью. Повышенные прочностные свойства являются критически важными параметрами для авиационных двигателей последнего поколения. Предполагается, что такой сплав может быть применен, в том числе, при производстве нового отечественного авиационного двигателя ПД-14.

 

«В случае с ультрамелкозернистым сплавом ВТ8М-1 можно говорить о том, что это новое поколение материалов. Предложенный способ высокопроизводительный, хорошо подходит для массового серийного производства и закрывает потребности таких гигантов, как УМПО. К тому же его использование позволяет модернизировать технологию производства заготовок лопаток компрессора. Этой тематике был посвящен наш недавний крупный научный проект, в котором УМПО был нашим индустриальным партнёром.

 

Совместно с инженерами и технологами УМПО мы получили опытную партию штампованных заготовок и аттестовали их прочностные свойства.

Опытные штамповки имитировали лопатки компрессора авиационного двигателя в натуральную величину. Патент на изобретение принадлежит УМПО и УГАТУ [Патент RU2707006]. Способ уже осваивается на заводе», – рассказал старший научный сотрудник ИФПМ УГАТУ Григорий Дьяконов.

 

Повышенная прочность сплава ВТ8М-1 достигается за счёт создания ультрамелкозернистой структуры и применения специальной технологии изготовления изделия. По своим габаритам и геометрии, созданные опытные заготовки в виде лопаток полностью соответствуют серийным изделиям нынешнего поколения, но по прочностным характеристикам они превосходят их более чем на 20%. 

 

К примеру, ряд титановых сплавов, которые используются в компрессорах двигателей зарубежных авиационных корпораций, имеют более низкие прочностные характеристики. Например, временное сопротивление разрушению титановых сплавов серии IMI 829 [Ильин, А. А., Колачев, Б. А., Полькин, И. С. М.: ВИЛС-МАТИ (2009). Титановые сплавы. 520 с], которые используются в двигателях некоторых «Боингов» [Ильенко В.М., Шалин Р.Е. Титановые сплавы для авиационных газотурбинных двигателей // Титан (ВИЛС). 1995. No 1–2. с. 24-29], составляет 960-1030 мегапаскалей. У ультрамелкозернистого сплава ВТ8М-1 этот показатель на 20% выше.

 

Разработчики отмечают, что применение ВТ8М-1 повысит ресурс и надежность авиационных двигателей, сократит количество ремонтных работ. Со временем технология может распространиться и на другие сферы. Так, изобретением уже заинтересовались производители вертолётов.

 

 

Топливом для воздушного шара на Титане станет атмосфера

Учёные работают над новым хитроумным планом реализации системы получения энергии будущим зондом с воздушным шаром, который предназначается для отправки на спутник Сатурна. Далёкая луна является одним из самых интригующих мест в Солнечной системе. Несмотря на относительно небольшой размер, плотность её атмосферы больше по сравнению с Земной, а на поверхности имеются большие заполненные жидкостью участки.
Это не вода: температуры на спутнике достигают значений около -180° С, и если вода вообще есть, она скорее подобна камню. Озёра заполнены углеводородами – метаном, этаном и другими. Но раз на Земле с океанами воды есть водяной пар, значит и на Титане могут быть углеводородные испарения, облака и осадки. Как полагают исследователи NASA, воздух на этом космическом теле содержит около 4% метана, остальное – азот. Отсутствие на Титане кислорода означает невозможность процесса горения. Поэтому NASA планирует «заправить» ёмкости шара не топливом в обычном понимании этого слова, а кислородом. Изначально рассчитывалось, что зонд для увеличения высоты полёта будет нагревать воздух при помощи тепла от радиоизотопного источника питания, обеспечивающего энергией оборудование (солнечная энергия не подходит – слишком велико расстояние до Солнца и плотная атмосфера). Характеристики атмосферы и низкая гравитация должны только способствовать полёту. Тем не менее, такой способ не позволит набирать высоту достаточно быстро, что может привести к крушению шара, например, при столкновении с горой.
Так и возникла идея системы быстрого подъёма на кислороде (buoyancy modulation system, BMS). Недостающий компонент – горючий газ – уже есть в атмосфере Титана. «Мы верим, что эта система – ключ к увеличению продолжительности миссии, к тому же она лёгкая и компактная», – говорит доктор Джеймс Сиско (James Sisco) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory). Вследствие низкой концентрации метана понадобится пусковой факел для поддержания горения. Помимо BMS, есть также предложение отправить на Титан роботизированную лодку для изучения озёр – недавно было подтверждено их существование аппаратом «Кассини» (Cassini) на орбите Сатурна, зафиксировавшим характерный отблеск света. Материалы по теме: — Учёные предлагают изучать озёра Титана при помощи лодок;
— Чем займётся NASA без шаттлов;
— 10 способов попасть в другую звёздную систему.

Характеристика природных ресурсов в ПФО

Минерально-сырьевой потенциал округа значителен, практически в каждом субъекте Российской Федерации, входящем в Приволжский федеральный округ, имеются ресурсы углеводородного сырья, характеризующиеся высокой геологической изученностью и инфраструктурной освоенностью. В северо-восточной части Приволжского федерального округа имеются уникальные в мировом масштабе месторождения калийной соли, крупные месторождения титана, меди. Округ является лидером по производству минеральных удобрений, синтетических смол и пластмасс, шин, каустической соды. Приволжье находится на втором месте после Уральского федерального округа по добыче нефти (на регионы приходится около 20% российской добычи) и природного газа (добыча сконцентрирована в Оренбургской области).

Приволжье обладает уникальным транзитным положением, так как расположено на перекрестке международных транспортных коридоров «Север-Юг» и «Восток-Запад», соединяющих Сибирь и Дальний Восток, а также страны Восточной Азии с Европейской Россией и государствами Европы. В округе достаточно высок уровень развития транспортной инфраструктуры. По плотности железных дорог округ занимает третье место в Российской Федерации (143 км путей на 10 тыс. кв.км территории) после Центра и Юга. По плотности автодорог округ занимает 2место в России (140 км путей на 1000 кв.

км территории).

По территории Приволжья проходит большинство трубопроводов из Западной Сибири, что способствует развитию химической промышленности, снижает издержки на обеспечение регионов топливными ресурсами, в том числе, газом. Транзитом через округ идут крупнейшие в стране потоки угля – из Кузбасса в северо-западные и черноморские порты.

К конкурентным преимуществам географического положения округа относится также наличие удобных выходов на Западный Казахстан, Узбекистан, Таджикистан.

Приволжский федеральный округ обладает диверсифицированной структурой экономики с сопоставимым вкладом добывающей промышленности, машиностроения и нефтехимической промышленности, высокой ролью агропромышленного комплекса, биотехнологий и фармацевтики, строительства и промышленности строительных материалов, транспорта и энергетики.

Особенностью округа является наличие значительного производственного потенциала. Здесь сосредоточена четверть всего промышленного производства России, 85% российского автопрома, 65% авиастроения, 40% нефтехимии, 30% судостроения, 30% производства оборонно-промышленного комплекса.

В округе сосредоточены треть инновационно-активных предприятий, около половины объема российского экспорта технологий. В оценке совокупного инвестиционного потенциала субъектов Российской Федерации среди лидеров находятся 5 регионов округа (Республика Башкортостан, Республика Татарстан, Пермский край, Нижегородская и Самарская области), демонстрирующие высокие показатели по производственному, финансовому, инновационному, природно-ресурсному и потребительскому факторам инвестиционной оценки.

Традиционной специализацией округа является машиностроение. Предприятия, расположенные в регионах, вносят наибольший среди федеральных округов вклад в добавленную стоимость, произведенную в данной отрасли (более 33% от общероссийского показателя). В Приволжье производится более 73% автомобилей (по грузовым автомобилям этот показатель превышает 90%), более 85% автобусов, более 80%автомобильных двигателей. Данная отрасль представлена крупнейшими предприятиями страны: Волжский, Горьковский, Камский, Ульяновский и другие автомобильные заводы. Во многих регионах округа широко развито авиационное, ракето-космическое и энергетическое машиностроение, судостроение, приборостроение, станкостроение.

Отличительной характеристикой структуры валового регионального продукта Приволжского федерального округа является высокая доля обрабатывающих отраслей – 24,5% (по России – 19,3%), а также добычи полезных ископаемых – 13,7% (по России –10,5%). Несмотря на транзитное положение округа, на транспорт приходится 9,7%валового регионального продукта, что соответствует среднероссийскому значению(10,0%).

Приволжский федеральный округ находится на втором месте среди федеральных округов по добыче нефти и природного газа. Добываемые углеводороды являются не только сырьем для нефтехимической промышленности, но и экспортируются. В округе значительны запасы лесных ресурсов.

Природные условия на большей части территории округа являются одними из наиболее благоприятных в России для жизни и ведения бизнеса. Агроклиматический потенциал территории позволяет вести продуктивное сельское хозяйство разных типов — выращивать зерновые, технические, плодоовощные культуры, заниматься продуктивным животноводством.

Важную роль в экономике округа играют пищевая и перерабатывающая промышленность, в значительной степени обеспеченные продукцией сельского хозяйства и имеющие значительный потребительский спрос. Многофункциональный агропромышленный комплекс Приволжского федерального округа обеспечивает четверть объема сельхозпродукции России и треть объемов зерна.

Водные ресурсы бассейна реки Волги оказывают значительно большее влияние на экономику не только данного региона, но и Российской Федерации по сравнению с другими водными объектами. В бассейне реки Волги находится Волжско-Камский каскад гидроэлектростанций – крупнейший в Российской Федерации. Он обеспечивает не только потребности в электроэнергии население европейской части страны, но имеет огромное значение для регулирования стока крупных речных систем – Волги и Камы, а также для обеспечения потребностей в воде объектов коммунальной инфраструктуры, промышленных предприятий, сельскохозяйственную отрасль, создает нормальные условия для функционирования речного флота и т. д. В бассейне реи Волги количество водохозяйственных объектов наибольшее по всем речным бассейнам России, плотность населения одна из самых высоких, уступает только территории бассейна реки Терек.

В округе расположено много крупных центров высшего образования, которые обладают достаточным потенциалом, чтобы стать ведущими направлениями специализации регионов. Наиболее конкурентоспособны высшие учебные заведения, имеющие технологическую специализацию, что определило высокую концентрацию подготовленного персонала для промышленности в округе. С 2009-2010годов 8 университетов округа являются национальными исследовательскими университетами.

Приволжский федеральный округ занимает близкое к географическому центру России положение с достаточно плотным расселением населения во многих регионах округа, что определяет потенциальные обширные рынки потребительских товаров, произведенных на территории округа.

Особенностью географического положения округа является отсутствие выхода к Мировому океану и относительная удаленность от морских портов. Однако такое положение не препятствует торговле на внутренних и международных рынках. Округ конкурентоспособен в отношении поставок готовой продукции не только в центральные, южные и собственные регионы с высоким потребительским спросом, но также в страны Европейского союза и Ближнего Востока.

Уникальность округа в том, что он расположен на перекрестке международных транспортных коридоров, соединяющих Сибирь и Дальний Восток, а также страны Восточной Азии с европейской частью России и государствами Европы. По его территории проходит большинство трубопроводов из Западной Сибири, что способствует развитию нефтехимической промышленности, снижает издержки на обеспечение регионов топливными ресурсами, в том числе газом.

Одним из важнейших конкурентных преимуществ Приволжского федерального округа является человеческий капитал. Республика Татарстан, Республика Башкортостан и Самарская область входят в десятку субъектов Российской Федерации по индексу развития человеческого потенциала.

Новый Range Rover Evoque 2019-2020, узнать цену в салоне официального дилера Land Rover

†Указанные данные относятся к NEDC2 и рассчитываются по результатам испытаний производителя, проведенных в соответствии с требованиями WLTP и законодательством ЕС. Только для сравнения. Фактические значения могут отличаться. Уровень выбросов CO2 и расход топлива могут различаться в зависимости от колесной базы и установленного опционального оборудования. Значения NEDC2 рассчитываются по официально принятой формуле по данным WLTP и являются эквивалентными показателям используемого ранее цикла NEDC. Исходя из полученных результатов, определяется размер налогообложения.

Только для сравнения. Реальные цифры могут отличаться.

Показатели CO2 и экономии топлива могут варьироваться в зависимости от таких факторов, как стиль вождения, условия окружающей среды, нагрузка, посадка колес и аксессуары.

1 При выборе опциональной сдвижной панорамной крыши уменьшится объем свободного пространства над передними и задними сиденьями.

2 Доступно только для лимитированной серии Nolita.

3 Использование функции регламентируется требованиями местного законодательства. Если вы носите очки с вариофокальными или бифокальными линзами и процесс настройки цифрового режима заднего вида ClearSight затруднен, вы можете переключить зеркало в обычный режим в любой момент.

4 Для использования подключенной навигационной системы вам потребуется продлить подписку по истечении изначального рекомендованного официальным дилером Land Rover срока.

5 В вашем автомобиле можно использовать систему Apple CarPlay. Опция не доступна для рынков Армении, Белоруссии и Казахстана. Услуги, предлагаемые системой Apple CarPlay, зависят от доступности функций в вашей стране.

6 В вашем автомобиле можно использовать систему Android Auto. Опция не доступна для рынков Армении, Белоруссии и Казахстана. Услуги, предлагаемые системой Android Auto, зависят от доступности функций в вашей стране.

7 Приложение Land Rover Remote подразумевает наличие функций, требующих подписки. По истечении срока действия подписку можно продлить, обратившись к официальному дилеру Land Rover. Приложение Land Rover Remote необходимо загрузить из магазина приложений Apple App Store или Google Play Store.

8 На некоторых рынках требуется наличие стекла с УФ-фильтром. Указания навигационной системы на лобовом стекле появляются только при наличии в автомобиле системы Pivi Pro.

9 Для обновлений требуется передача данных.

10 Доступность функций и опций зависит от рынка. Информацию о полных условиях для вашей страны уточняйте у официального дилера Land Rover. Может применяться политика правомерного использования. Предусмотрена подписка на 1 год. По истечении срока действия подписку можно продлить обратившись к официальному дилеру Land Rover.

11 Доступность функций и опций зависит от рынка. Информацию о полных условиях для вашей страны уточняйте у официального дилера Land Rover. Применяется политика правомерного использования. При достижении лимита данных 20 ГБ до окончания месяца скорость передачи данных в автомобиле и функциональность могут быть ограничены.
Время воспроизведения зависит от поставщика потоковой передачи данных и разрешения видеоматериала. Видео в формате HD значительно увеличит объем передачи данных.

12 Доступность системы ClearSight Ground View зависит от наличия 3D-камер кругового обзора. Изображение транслируется не в режиме реального времени. Для обеспечения безопасности необходимо следить за окружающей обстановкой. Использование системы регламентируется требованиями местного законодательства.

Дополнительные функции и их доступность могут различаться в зависимости от комплектации автомобиля (модификации и силового агрегата). Для ряда функций требуется установка дополнительных компонентов. Для получения дополнительной информации обратитесь к официальному дилеру или воспользуйтесь онлайн-конфигуратором.

Используйте установленные в автомобиле системы, соблюдая правила безопасности. Водитель обязан непрерывно сохранять полный контроль над автомобилем.

Доступность функций и опций Pivi и InControl, а также услуг сторонних поставщиков зависит от рынка. Информацию о наличии и полных условиях для вашей страны уточняйте у официального дилера Land Rover. Некоторые функции предусматривают наличие подписки, которую потребуется продлить по истечении изначального рекомендованного официальным дилером срока. Повсеместное покрытие мобильной сети не гарантируется. Информация о технологии InControl и иллюстрирующие ее изображения, включая оформление экрана и последовательности действий, могут быть изменены в зависимости от версии программного обеспечения, обновлений и других системных/визуальных настроек, связанных с выбором различных опций.

Apple CarPlay является зарегистрированным товарным знаком компании Apple Inc. Применяется пользовательское соглашение компании Apple Inc.

Android Auto является зарегистрированным товарным знаком компании Google LLC.

Meridian является зарегистрированным товарным знаком компании Meridian Audio Ltd. Trifield и устройство «Three fields» являются зарегистрированным товарным знаком компании Trifield Productions Ltd.

NanoeTM является товарным знаком Panasonic Corporation.

Характеристики Титан || КОБЕ СТАЛЬ, ООО.

Характеристики Примеры Типичные заявки
Отличная коррозионная стойкость Отличная устойчивость к морской воде Теплообменники, строительные материалы
Легкий Легкий эквивалент 60% нержавеющей стали Авиационные двигатели
Высокая прочность Предел прочности при растяжении 275-735 МПа
для технически чистого титана и 620-1800 МПа для титановых сплавов
Отличная эластичность Модуль продольной упругости (модуль Юнга) эквивалентен
примерно 50% нержавеющей стали
Головки клюшек, пружины
Превосходная устойчивость к низким температурам Как технически чистый титан, так и титановые сплавы не становятся хрупкими
при экстремально низких температурах.
Емкости для сжиженного кислорода
Низкая теплопроводность Теплопроводность эквивалентна примерно 8% алюминия,
соответствует нержавеющей стали
Приспособление и инструмент для расплавленного металла
Легкое повышение температуры Теплоемкость эквивалентна примерно 60% нержавеющей стали Кастрюли и сковороды
Высокая устойчивость к термоусадке Степени теплового расширения эквивалентны примерно 50% нержавеющей стали Строительные материалы,
полупроводники, производственное оборудование
Высокое электрическое сопротивление Электрическое сопротивление в 30 раз выше, чем у меди, отличное сопротивление
Сварочные характеристики
Шовная сварка элементов кровли и т. Д.
Чрезвычайно низкий магнетизм Магнитная проницаемость 1. 00005 Электронные устройства (шаговые и др.)
Сверхпроводимость Проявление в сплаве на основе Ti-Nb Супер асинхронные двигатели, магнитные поплавки
Отличная биосовместимость Меньше ионов в организме. Меньшая токсичность Искусственные суставы, корни зубов и сердечные клапаны
Бережно для кожи Превосходный контроль против аллергии на металлы Часы, шнурки на шею
Водородная окклюзия Проявление в сплаве на основе Ti-Fe Питатели газообразного водорода
Короткий период полупериода радиоактивности Период полураспада короче, чем у железа, никеля и хрома Емкости для захоронения и хранения радиоактивных отходов
Негорючие Зарегистрирован как негорючий материал (Авторизованный No. НМ-8596) Строительный материал
Изображение высокого класса Используется в качестве корпусов для фотоаппаратов высокого класса и персональных компьютеров Корпуса фотоаппаратов и персональных компьютеров высокого класса
Превосходные конструктивные свойства Возможна окраска катодно-окислительной обработкой Памятники

Металлургия титана и его сплавов

Металлургия титана и его сплавов

H.К. Д. Х. Бхадешия

Чистый титан

Чистый титан плавится при 1670 o C и имеет плотность 4,51 г см -3 . Поэтому он должен быть идеальным для использования в компоненты, которые работают при повышенных температурах, особенно в больших требуется соотношение прочности к весу. Титан может загореться и нанести серьезный ущерб. обстоятельства, когда он трется о другие металлы при повышенных температурах. Это что ограничивает его применение в суровых условиях авиационных двигателей регионами, где температура не превышает 400 o С.

Последствия возгорания титана в авиационный двигатель. Лезвия из никелевого сплава сгорели. Фотография любезно предоставлена ​​доктором М. Хикс, Р.Р.

Мировое производство титана, тем не менее, очень мало, сотни тысяч тонн, что для сравнения, скажем, со сталью на уровне 750 миллионов тонн в год. 80% всего титана Продукция используется в авиакосмической промышленности. Пружины подвески автомобиля легко могли быть изготовлены из титан с большим уменьшением веса, но титан недоступен в больших количество необходимо и, конечно, не по цене, требуемой для автомобиля Приложения.Целевую цену на титатний необходимо снизить примерно до 30% от его стоимости. актуальная ценность для серьезного применения в автомобилях массового потребления.

Чистый титан обладает отличной устойчивостью к коррозии и широко используется в химической промышленности. Пассивная оксидная пленка делает его особенно устойчив к коррозии в окислительных растворах. Коррозия сопротивление может быть дополнительно улучшено добавлением палладия (0,15 мас.%), который облегчает выделение водорода на катодных участках, так что анодные и баланс катодных реакций в пассивной области

Чистый титан обладает отличной устойчивостью к коррозии и широко используется в химической промышленности.Пассивная оксидная пленка делает его особенно устойчив к коррозии в окислительных растворах. Коррозия сопротивление может быть дополнительно улучшено добавлением палладия (0,15 мас.%), который облегчает выделение водорода на катодных участках, так что анодные и баланс катодных реакций в пассивной области.

Диаграмма представляет собой график зависимости потенциала от плотности тока. Катодная реакция — это выделение водорода, представленное прямыми линиями (непрерывная ≡Ti, пунктирная ≡Ti-Pd).Плотность тока коррозии определяется точкой пересечения анодной и катодной кривых.

На большинстве химических заводов используются стальные емкости, плакированные титаном. В титан часто связывается взрывом. Титановые конденсаторные трубки используется на электростанциях и в опреснительных установках.

Кристаллическая структура титана при температуре и давлении окружающей среды имеет вид плотноупакованный гексагональный (α) с отношением c / a , равным 1,587. Скольжение возможно по пирамидальной, призматической и базисной плоскостям в компактные направления.При температуре около 890 o ° C титан претерпевает аллотропное преобразование в объемноцентрированную кубику β фаза, которая остается стабильной до температуры плавления.

Кристаллическая структура α-титана.

Кристаллическая структура β-титана.

Плоскости скольжения в α-титан

Легирование титана

Все элементы в диапазоне 0. 85-1,15 атомного радиуса титанового сплава замещения и имеют значительную растворимость в титан. Элементы с атомным радиусом менее 0,59 атомного радиуса Ti занимают интерстициальные сайты, а также обладают значительной растворимостью (, например, H, N, О, С). Легкость, с которой растворенные вещества растворяются в титане, затрудняет проектировать дисперсионно-упрочненные сплавы. Бор имеет аналогичный, но больший радиус чем C, O, N и H; поэтому возможно индуцировать борид титана осадки. Медные осадки также возможно в соответствующих сплавах.

График меры атомной радиус в зависимости от электроотрицательности Полинга для элементов. Обратите внимание, есть много элементы такого же размера, как у титана, и все B, H, N, O и C попадают в интерстициальный диапазон правил Юма-Розери.

Легирующие элементы можно разделить на категории в зависимости от их действия. на устойчивость α и β фазы. Таким образом, все Al, O, N и Ga являются α-стабилизаторы. Mo, V, W и Ta — все β-стабилизаторы.

Cu, Mn, Fe, Ni, Co и H также являются β-стабилизаторами, но образуют эвтектоид. Эвтектоидная реакция часто бывает вялой (поскольку замещающие атомы) и подавляется.

Фазовые диаграммы для титановых сплавов.

Наибольшее влияние на β-стабильность оказывают молибден и ванадий. и являются обычными легирующими элементами. Вольфрам добавляют редко из-за его высокая плотность. Cu образует TiCu 2 , что делает сплавы старение и термообработка; такие сплавы используются как листовые материалы.Обычно его добавляют в концентрациях менее 2,5 мас.% в товарных сплавах.

Zr, Sn и Si — нейтральные элементы.

Межстраничные объявления

Они не подходят должным образом и вызывают изменения параметров решетки. Водород — самое важное промежуточное звено. Объемно-центрированный кубический Ti имеет три октаэдрических промежутка на атом, тогда как ц.п.в. Ti имеет по одному на атом. Последние поэтому больше, так что растворимость O, N, и C намного выше в α-фазе.

Титан поглощает до 60 ат.% водорода, который также может быть удален отжиг в вакууме. Водород попадает в тетраэдрические отверстия, которые больше в оц. чем c.p.h. Таким образом, растворимость водорода больше в β. Энтальпия растворения водорода в Ti отрицательна (ΔH <0).

Как показано на графике справа, растворимость фактически уменьшается с температурой. Это контрастирует с железом, которое показывает противоположную тенденцию.

Из-за этой характеристики титан является кандидатным материалом для первая стенка термоядерных реакторов с магнитным ограничением.Водород на основе плазма не является вредной, так как при 500, o ° C и давлении 1 Па, Ti не набирает достаточно водорода для охрупчивания. Дополнительный Особенностью является то, что Ti сопротивляется набуханию из-за нейтронного повреждения.

Достаточно большая концентрация водорода вызывает осаждение гидриды. TiH 1.5-2.0 имеет решетку Cubic-F и ее осадки вызывают охрупчивание из-за объемного расширения примерно 18%. На концах трещин есть участки гидростатического растяжения, формируется преимущественно, что приводит к значительному увеличению роста трещин частота, примерно в 50 раз при утомлении.

Реакция гидрида также может использоваться для обратимого накопления водорода:

Отношение энергии к весу для такого элемента составляет примерно десятую часть от бензин.

Одна из проблем этого метода хранения водорода заключается в том, что образование гидрида сопровождается значительное объемное расширение, которое, в свою очередь, может привести к хрупкости сплава. Аморфные сплавы титан в этом отношении лучше, так как он действительно образует гидриды, но все же обратимо приспособить большие количества водорода за счет расширения расстояние до ближайшего соседа.Титан и цирконий металлургически похожи. Последний также образует гидриды.

Zr-Ti фаза Лавеса Ti 0,24 Zr 0,76 (Ni 0,55 Mn 0,3 V 0,065 Fe 0,085 ) 2,1 найдено для обратимого размещения почти 1,5% водорода по весу, с номинальной мощностью батареи около 440 мАч г -1 .

Сплавы особые

α-сплавы

Сплавы

α легко свариваются и относительно прочны даже при криогенных температурах.Алюминий является основным легирующим элементом, помимо Zr и Sn. В комбинированный эффект выражается как:

Если это количество превышает примерно 9 мас.%, То могут быть вредные реакции осаждения (обычно Ti 3 X, который имеет заказанный ГВС. структура).

Наличие небольшого количества более пластичной β-фазы в сплавы, близкие к α, выгодны для термообработки и умение ковать. Поэтому сплавы могут содержать около 1 мас.% Mo , например,

, где Zr и Sn образуют твердое тело укрепление раствора.

Ti-5Al-2.5Sn (мас.%) Представляет собой α-сплав, который коммерчески доступен во многих формах. Поскольку он стабилен в состоянии α, его нельзя упрочнить термической обработкой. Поэтому он не особенно прочен, но его легко сваривать. Прочность при криогенных температурах увеличивается, когда концентрации кислорода, углерода и азота уменьшаются, чтобы получить вариант, обозначенный ELI , что означает сверхмалые промежуточные вставки . Тот факт, что прочность увеличивается при низких температурах без какого-либо ухудшения ударной вязкости, делает сплав особенно подходящим для изготовления криогенных резервуаров для хранения, например, для содержания жидкого водорода.

Результаты, представленные на графике выше, получены из слитка Ti-5Al-2.5Sn ELI , который был выкован при 1473 К (максимум), выдержан при 1073 К в течение 2 часов и затем охлажден на воздухе. Вариабельность данных прочности является отражением положения, из которого образец для испытаний был извлечен из кованой заготовки. Данные взяты из Национального института материаловедения, Япония.

Микроструктура Ti-5Al-2.Сплав 5Sn ELI в заготовке диаметром 160 мм (Национальный институт материаловедения, Япония). Он состоит в основном из α с небольшим количеством β.

Сплавы, близкие к α

Разработан сплав, близкий к α, с хорошими характеристиками при повышенных температурах. (Т <590 o ° C):

Ниобий добавлен для стойкости к окислению, а углерод — для повышения температуры. диапазон, в котором сплав представляет собой смесь α + β, чтобы облегчить термомеханическая обработка.Именно этот сплав используется в производстве авиационных двигателей. диски и заменил диски, сделанные из гораздо более тяжелых суперсплавов на никелевой основе. Финал микроструктура сплава состоит из равноосных первичных зерен α, видманштеттен α-пластинки, разделенные β-фазой.

α + β Сплавы

Большинство сплавов α + β обладают высокой прочностью и формуемостью, и содержат 4-6 мас. % β-стабилизаторов, что позволяет существенно количество β, которое должно оставаться при гашении из β → α + β фазовые поля, эл.грамм. Ti-6Al-4V. Al снижает плотность, стабилизирует и укрепляет α, в то время как ванадий обеспечивает большее количество более пластичных β-фаза для горячей обработки. Этот сплав, на долю которого приходится около половины всех выпускаемый титан популярен благодаря своей прочности (1100 МПа), сопротивлению ползучести при 300 o C, усталостная прочность и литейные качества.

Типичная микроструктура сплава Ti-6V-4Al, мас.%, Охлажденного из области α-фазы для получения Widmanstätten β.Микрофотографии взяты из проекта DoITPoMS, любезно предоставленного Биллом Клайном.

Одна из трудностей с β-фазой, которая имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру, заключается в что, как и ферритное железо, он имеет температуру перехода из пластичного в хрупкое состояние. Переход температура имеет тенденцию быть выше комнатной, с преобладанием трещин скола при температуре окружающей среды. температуры.

Был разработан вариант Ti-6Al-4V для порошковой металлургии, содержащий небольшие концентрации бора и углерода, с примерно на 25% более высокими прочностью и модулем упругости, но значительно более низкой пластичностью.Сплав содержит стабильные выделения TiB, которые предотвращают рост зерен во время операций горячей обработки (Adv. Mater. Proc., Oct 2005, стр.9).

Жаростойкие β-сплавы

Возгорание титана может иногда происходить в авиационных двигателях или в теплообменниках на основе титана используется в химической промышленности.

Добавление хрома в концентрациях, превышающих 10 мас.%, Помогает улучшить Горючесть титановых сплавов. Сплав Ti-35V-15Cr мас.%, Имеет достаточно хрома. выдерживать горение в среде авиационного двигателя до температур примерно до 510 o ° C.В хром не является эффективным в бинарных сплавах Ti-Cr, где он не способствуют образованию сплошной пленки защитного оксида.

Закалка из β

Тушение β-фазы приводит к образованию ГЦП. α ‘ мартенсит. Это не особенно сложно, и их количество увеличивается. количества удерживаемого β-β в микроструктуре в качестве растворенного вещества концентрация увеличивается, а температура M S понижается.

, а габитус мартенсита близок к {3 3 4} β .

Мартенситный преобразование из β. Обратите внимание, что для всех составов превращение подавляется ниже равновесной фазовой границы α + β / β. Это связано с неравновесной природой мартенсита.

Преобразование β → ω

ω — метастабильная фаза, которая образуется из β в сплавах на основе титана, цирконий и гафний. Это важно, потому что его образование обычно приводит к ухудшение механических свойств.В сплавах Ti-Nb его образование влияет на сверхпроводимость. Преобразование в ω бездиффузионное, происходит ниже Т 0 температура и часто не может быть подавлена ​​даже закалкой при 11000 K с -1 . Его присутствие вызывает диффузные полосы на электронограммах β-фаза. Полосы становятся более интенсивными и изогнутыми по мере увеличения температуры или концентрация растворенного вещества увеличивается. Также увеличивается электрическое сопротивление, поскольку формы ω.

Преобразование β → ω обратимо и бездиффузионно, но не мартенситный в классическом смысле, поскольку не существует формы деформации инвариантной плоскости деформация.Однако это действительно связано с согласованным движением атомов.

Объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру β можно представить как наложение {111} β плоскости в последовательности укладки …. ABCABC …. . Обратите внимание, что эти самолеты не плотно упакованы в структуре ОЦК. Преобразование β → ω происходит при прохождении продольной волны смещения вдоль <111>, что вызывает B и плоскости C складываться друг в друга, не затрагивая плоскости A .Укладка Таким образом, последовательность меняется на . .. AB’AB’AB ‘…. , в котором плоскости B’ имеют удвоенную плотность атомов как плоскости A . Модель … AB’AB’AB ‘…. укладка соответствует ω гексагональной кристаллической структуре с c / a около 0.6. Атомы в плоскости B ‘ имеют тригональную координацию, аналогичную таковой в плоскости графит, и связь становится частично ковалентной. Это приводит к увеличению удельное электрическое сопротивление.Продольные волны смещения ответственны за полосы на электронограммах.

(а) Волна смещения, связанная с преобразование β в ω. Самолеты А не пострадали, так как они лежат на узлы. (б) Полосы на электронограмме при ω-преобразовании.

алюминиды титана

Самый удачный из алюминидов имеет пластинчатую структуру, состоящую из чередующиеся слои гексагональной Ti 3 Al α 2 соединение и тетрагональный TiAl или γ.

Тетрагональный TiAl, γ. Фильм.

Проекция кристаллической структуры по оси z . Шестиугольный Ti 3 Al α 2 . Цифры представляют собой дробные координаты по оси z .

Гексагональный Ti 3 Al α 2 . Фильм.

Пластичность при растяжении составляет около 4-6% при температуре окружающей среды.Γ-алюминид имеет тенденцию к более пластичный. Плотность составляет около 4,5 г / см 2 , а алюминий делает алюминид более стойким к горению. Сплавы были тщательно изучены для аэрокосмических и автомобильных турбокомпрессоров, потому что их высокой прочности, низкой плотности и сопротивления ползучести. Γ-фаза образует с его наиболее плотно упакованной плоскостью, параллельной базисной плоскости α 2 :

пластинчатый микроструктура является прямым следствием этой ориентационной взаимосвязи.

Ti-48Al ат.%: Пластинчатый микроструктура чередующихся слоев α 2 и γ (Kim and Maruyama, 2001)

Применение титана и его сплавов

Список литературы

  • Повышенная емкость хранения водорода Аморфные сплавы TiZrNiCu, Материалы Транзакции JIM 42 (2001) 2133-2135, X. Го, Л. Ма и А. Иноуэ.
  • Водород в титане, Международный журнал водородной энергетики, 24 (1999) 565-576, О.Н. Сеньков и Ф. Х. Фроэс.
  • Фазовые превращения в системе Ti-6Al-4V-H, Журнал металлов, 54 (2002) 68-71, Дж. И. Кази, Дж. Рахим, О. Н. Сенков и Ф. Х. Фроэс.
  • Двойникование во время ползучести в TiAl, Acta Materialia, 49 (2001) 2635-2643, Х. Ю. Кима и К. Маруяма.

% PDF-1.6 % 5 0 obj > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 19 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 20 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 рэ W п 0.808052 0 0 0.808052 4.58108 42.177292 см конечный поток эндобдж 36 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 37 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 41 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 45 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 49 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 50 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0,808081 0 0 0,808081 113,38579 76,5354 см конечный поток эндобдж 70 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 71 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 75 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 78 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 82 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 83 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452703 69.663777 см конечный поток эндобдж 93 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 94 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 98 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 101 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 105 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 106 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078355 69.663777 см конечный поток эндобдж 108 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 109 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 113 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 116 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 120 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 121 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452703 69,663777 см конечный поток эндобдж 131 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 132 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 136 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 139 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 143 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 144 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078355 69.663777 см конечный поток эндобдж 146 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 147 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 151 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 154 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 158 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 159 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452703 69.663777 см конечный поток эндобдж 161 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 162 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 166 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 169 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 173 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 174 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078355 69.663777 см конечный поток эндобдж 176 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 177 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 181 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 184 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 188 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 189 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452703 69,663777 см конечный поток эндобдж 191 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 192 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 196 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 199 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 203 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 204 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078355 69.663777 см конечный поток эндобдж 206 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 207 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 211 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 214 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 218 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 219 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452703 69.663777 см конечный поток эндобдж 221 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 222 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 226 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 229 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 233 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 234 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 1 0 0 1 113.38579 76.5354 см конечный поток эндобдж 238 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 239 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 243 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 246 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 250 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 251 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 265 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 266 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 270 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 273 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 277 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 278 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 291 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 292 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 296 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 299 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 303 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 304 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 323 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 324 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 328 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 331 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 335 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 336 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 338 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 339 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 343 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 346 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 350 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 351 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 354 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 355 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 359 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 362 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 366 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 367 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 372 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 373 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 377 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 380 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 384 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 385 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 388 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 389 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 393 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 396 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 400 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 401 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 404 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 405 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 409 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 412 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 416 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 417 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 428 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 429 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 433 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 436 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 440 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 441 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 451 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 452 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 456 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 459 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 463 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 464 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 468 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 469 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 473 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 476 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 480 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 481 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 488 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 489 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 493 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 496 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 500 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 501 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 507 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 508 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 512 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 515 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 519 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 520 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 523 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 524 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 528 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 531 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 535 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 536 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 538 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 539 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 543 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 546 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 550 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 551 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 555 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 556 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 560 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 563 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 567 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 568 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 570 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 571 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 575 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 578 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 582 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 583 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 594 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 595 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 599 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 602 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 606 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 607 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 609 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 610 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 614 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 617 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 621 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 622 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 625 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 626 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 630 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 633 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 637 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 638 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 642 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 643 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 647 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 650 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 654 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 655 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 658 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 659 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 663 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 666 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 670 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 671 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 676 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 677 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 681 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 684 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 688 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 689 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 691 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 692 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 696 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 699 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 703 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 704 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 707 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 708 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 712 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 715 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 719 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 720 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 722 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 723 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 727 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 730 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 734 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 735 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 741 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 742 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 746 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 749 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 753 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 754 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 760 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 761 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 765 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 768 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 772 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 773 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 775 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 776 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 780 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 783 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 787 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 788 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 790 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 791 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 795 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 798 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 802 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 803 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 806 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 807 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 811 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 814 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 818 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 819 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 821 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 822 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 826 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 829 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 833 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 834 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 836 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 837 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 841 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 844 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 848 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 849 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 857 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 858 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 862 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 865 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 869 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 870 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 874 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 875 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 879 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 882 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 886 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 887 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 889 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 890 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 894 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 897 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 901 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 902 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 904 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 905 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 909 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 912 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 916 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 917 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 919 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 920 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 924 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 927 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 931 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 932 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 934 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 935 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 939 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 942 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 946 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 947 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 949 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 950 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 954 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 957 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 961 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 962 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 964 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 965 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 969 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 972 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 976 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 977 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 979 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 980 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 984 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 987 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 991 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 992 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69,663777 см конечный поток эндобдж 994 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 995 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 999 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1002 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1006 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1007 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 1009 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1010 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1014 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1017 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1021 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1022 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 11.452701 69.663777 см конечный поток эндобдж 1024 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1025 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1029 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1032 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1036 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1037 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.808052 0 0 0.808052 103.078359 69.663777 см конечный поток эндобдж 1039 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1040 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1044 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1047 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1051 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1052 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0.807975 0 0 0.807975 0 76.5354 см конечный поток эндобдж 1058 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1059 0 объект > транслировать q п 0 0 595. 27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1063 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1066 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1070 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1071 0 объект > транслировать q п 104.881853 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0,808081 0 0 0,808081 113,38579 76,5354 см конечный поток эндобдж 1072 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1073 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 пере W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1077 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1080 0 объект > транслировать q п 0 0 595.27559 841.88976 re W п 1 0 0 1 0 0 см конечный поток эндобдж 1084 0 объект > транслировать Q конечный поток эндобдж 1085 0 объект > транслировать q п 0 68.031463 490.393737 697.322774 re W п 0,807975 0 0 0,807975 13,741933 76,5354 см конечный поток эндобдж 1106 0 объект > транслировать x ڥ Z [u ~ ߪ * 05 ĢqJe,% Vhh? xWMp | F \ D [«A ~ wRN ~

Трибологическое поведение сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb для тотальных протезов бедра

Цель исследования оценить трение и износостойкость высокопрочных сплавов Ti-6Al-7Nb, используемых в бедренной ножке, и сравнить их с цилиндрическим стержнем из сплава Ti-6Al-4V, соответствующим стандарту ISO 5832-3 часть 3 / 01-07-199. .Трибологическое поведение было исследовано путем испытаний на износ с использованием трибометров с шарнирно-дисковым и штифтовым диском. Эти испытания заключались в измерении потери веса и коэффициента трения образцов. Испытания на трение и износ при колебаниях проводились в условиях окружающей среды с помощью колебательного триботестера в соответствии со стандартами ISO 7148, ASTM G99-95a и ASTM G133-95 при различных условиях нормальных нагрузок (3, 6 и 10 Н) и скоростей скольжения. (1, 15 и 25 мм · с -1 ). В качестве встречных пар использовался шар из стали 100Cr6 диаметром 10 мм.Результаты показывают, что эти два сплава имели одинаковые характеристики трения и износа, хотя их структура и состав зерен различаются. Возникновение большого трения, вероятно, вызвано образованием и периодическим локализованным разрушением переходного слоя. Более высокое трение с большими колебаниями и более высокая скорость износа наблюдались при более высокой скорости сайдинга. Механизм износа Ti-6Al-4V трансформируется от износа от вспашки и отслаивания при низкой скорости скольжения до пластической деформации и адгезионного износа.

1. Введение

Титан и его сплавы использовались в качестве материалов для имплантатов благодаря их очень хорошей механической и коррозионной стойкости и биосовместимости [1–4]. Наиболее используемым биоматериалом был коммерчески чистый титан (CP-Ti) [5, 6], хотя было указано, что CP-Ti имеет недостатки, заключающиеся в низкой прочности, сложности полировки и плохой износостойкости. Таким образом, титана по-прежнему недостаточно для применения в условиях высоких нагрузок, например, для длиннопролетных несъемных протезов и каркасов частичных съемных протезов [7, 8].

Сплав Ti-6Al-4V, первоначально разработанный как авиационный материал, был испытан в качестве замены CP-Ti из-за его высоких механических свойств при достаточной коррозионной стойкости [9–11]. Однако цитотоксичность элементарного ванадия вызывает сомнения [12, 13]. Впоследствии некоторые исследования доказывают, что ионы ванадия и алюминия, высвобождаемые из этого тройного сплава, могут вызывать цитотоксические эффекты или неврологические расстройства соответственно [14]. Кроме того, в течение длительного времени этот сплав передавал недостаточную нагрузку на соседние кости, что приводило к резорбции кости и, в конечном итоге, к расшатыванию имплантата [15, 16].

Другой трехкомпонентный сплав без ванадия, используемый в качестве материала имплантата, представлял собой сплав Ti-6Al-7Nb [17–19], который показал улучшенные механические характеристики, коррозионную стойкость и биосовместимость. Сплав был разработан для применения в ортопедии в качестве деформируемого материала и был оценен как новый сплав для тотальных протезов бедра. Ниобий проявляет эффект, аналогичный ванадию, в стабилизирующей фазе в бинарной системе Ti-Nb, что необходимо для обеспечения двухфазной структуры. Поэтому ниобий был использован в качестве тройного элемента для создания желаемой микроструктуры в сплаве Ti-6Al-7Nb [20].

По сравнению со сплавом Ti-6Al-4V при испытании на растяжение сплав Ti-6Al-7Nb показывает немного меньшую прочность и примерно на 40% большее удлинение. Кроме того, после длительного погружения в 1,0% -ную молочную кислоту количество иона титана, выделившегося из сплава Ti-6Al-7Nb, было меньше, чем из сплава Ti-6Al-4V, и сопоставимо с таковым из CP-Ti [21]. Сплав Ti-6Al-7Nb показал несколько меньшую литейную способность, чем CP-Ti, но меньшую пористость отливки, что является преимуществом с точки зрения надежности отливок [21].

Хотя отливки из сплава Ti-6Al-7Nb были исследованы для применения в ортопедии по нескольким аспектам, таким как механические свойства, коррозионная стойкость и литье, исследования не сообщали об их сопротивлении трению и износу, что является важным фактором для общего тазобедренного сустава. материал протезов. В этом исследовании характеристики трения и износа сплавов Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V оценивались с помощью трибометров с шаровой опорой и штифтом на диске в соответствии с ISO 7148, ASTM G99-95a и ASTM G133. -95 стандартов.

2. Материалы и методы
2.1. Характеристика материалов

Материалы, используемые в этом исследовании: Ti-6Al-7Nb в качестве полного протеза бедра (бедренная ножка) и Ti-6Al-4V, вырезанный из титанового цилиндрического стержня, соответствующего ISO 5832-3 часть 3/01. -07-199 (поставляется ENSAM, Лилль, Франция). Химический состав титановых сплавов, использованных в данном исследовании, указан в таблице 1.

β

Ti C Mo Ta Fe Al Nb V

Ti-6Al-7Nb
Бал 0.004 0,005 0,46 0,10 6,2 7,4

Твердость: 340 ± 10 HV Микроструктура: 80% α -203

Ti-6Al-4V
Bal 0,03 0,01 0,10 6,7 4,2
360 ± 10 HV Микроструктура: 80% α -20% β

Поверхности сплава были отшлифованы абразивной шлифовальной бумагой 600 SiC и отполированы коллоидным кремнеземом, т. к. Известно, что фиксация имплантата во многом зависит от хорошего механического сцепления между шероховатой поверхностью имплантата и тканью [22].Все образцы очищали в ультразвуковой ванне с ацетоном, этанолом и дистиллированной водой в течение 10 мин последовательно, затем сушили горячим воздухом и хранили в эксикаторах до использования.

2.1.1. Поверхностный и микроструктурный анализ

Кислый травитель (3 мл HF, 6 мл HNO 3 и 100 мл H 2 O в течение 10 с) использовали для уменьшения влияния поверхностного упрочнения, микроструктуру исследовали с помощью оптической микроскопии ( Leica DMLM). Химический состав сплавов, представленный в таблице 1, был получен с использованием спектрометра (Spectrolab) и энергодисперсионной спектроскопии (EDS с использованием PHILIPS XL 30 ESEM-FEG и EDX IMIX-PTS).Фазы, представленные в микроструктуре сплава, были идентифицированы с помощью рентгеновской дифрактометрии (Intel CPS 120 / Brucker AXS) с использованием Cu K α , генерируемого при 40 кВ и 35 мА. Для изучения химического состава исследуемых материалов использовались сканирующая электронная микроскопия (SEM) и энергодисперсионный рентгеновский анализ (EDX). Шероховатость образцов в 3D изучали с помощью программы Surface Data Veeco: Mag 5.0 X, Mode VSI.

2.2. Трибологическое исследование

Испытания «штифт на диске», «шарик на диске» и трибологические испытания (рисунки 1 и 2) проводились с использованием следующих протезных материалов: сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb по сравнению со сталью 100Cr6. и наждачная бумага № 320 (Sic).


2.2.1. Потеря веса (штифт на диске)

Контактная пара, изучающая трибологическую пару, в данном случае представляет собой образец (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb и наждачная бумага (наждачная бумага 320)). Параметры, принимаемые во внимание при этом испытании, — это приложенная нагрузка и частота вращения. Время испытания и расстояние скольжения (1400 м) остаются постоянными, в то время как потеря веса определяется как разница в весе образца, взвешенного до и после испытания. Для измерения веса использовались микроэлектронные весы с точностью порядка 10 −3 г.Образцы очищали ацетоном перед каждым взвешиванием и измеряли шероховатость поверхности испытуемого образца до и после испытания.

2.2.2. Поведение на трение и износ (шарик на диске)

Испытания на трение и износ были проведены в окружающем воздухе с помощью колеблющегося трибометра в соответствии со стандартами ISO 7148, ASTM G99-95a и ASTM G133-95 (рисунок 2).

Образцы были подготовлены для испытаний в соответствии с ASTM F136-02, ASTM F86-01 и ASTM E1078-02. Каждый образец тщательно очищали этиловым спиртом, затем очищали в ультразвуковой ванне в течение 60 минут и затем сушили горячим воздухом.После этого образцы очищали изопропиловым спиртом, оставаясь в растворе в течение 60 минут, и сушили горячим воздухом. Перед тестированием образцы хранили в эксикаторе. Продолжительность каждого теста составляла 40000 циклов (расстояние 40 м), при этом один цикл представлен расстоянием скольжения по полной амплитуде (половина амплитуды, 0,25 мм). Выбранные скорости скольжения лежат в диапазоне, типичном для тазобедренных суставов (1, 15 и 25 мм · с -1 ) при различных нормальных нагрузках (3, 6 и 10 Н). Коэффициент трения, то есть динамический коэффициент трения, автоматически регистрировался во время испытаний с использованием программного обеспечения для сбора данных.Одновременно записывалась и строилась кривая коэффициента трения. Условия испытаний приведены в Таблице 2.


Используемые пары трения (1) Сталь 100Cr6 / Ti-6Al-7Nb
(2) Сталь 100Cr6 / Ti-6Al-4V

Скорость скольжения 1, 15 и 25 мм с −1
Приложенная нагрузка (Н) 3, 6 и 10 Н
Радиус следа износа 5 мм
100Cr6 Диаметр стали 10 мм
Температура 25 ° C
Влажность 38%

3.
Результат
3.1. Поверхностный и микроструктурный анализ

Образцы сплавов на основе титана (рис. 3) были исследованы с использованием анализа (EDX). Спектры для общего анализа показаны на рисунках 4 и 5. В случае титанового сплава Ti-6Al-4V пик Ti более выражен, чем у алюминия, как и ожидалось в фазах EDX. Также присутствуют ванадий, молибден (Mo) и никель; для Ti-6Al-7Nb пик Ti более выражен, чем пик алюминия (Al), присутствуют также ниобий (Nb), железо (Fe), молибден (Mo) и тантал (Ta).Химический состав исследованных образцов соответствовал составу Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V соответственно.




3.1.1. Микроструктура

Образцы механически полируются и химически травятся раствором 3 мл HF, 6 мл HNO 3 и 100 мл H 2 O в течение 10 с для уменьшения влияния поверхностного упрочнения. Микроструктура титанового сплава показана на рисунках 3 (а) и 3 (б) соответственно. Микроструктура сплавов состоит из шаровидных и игольчатых зерен (белые зерна) в матрице, содержащей равноосные зерна (темные зерна). Игольчатая форма фазы представлена ​​на фиг. 3 в расположении, известном как плетение корзины, которое характеризует структуру Видманштеттена. Микроструктура сплава Ti-6Al-4V состоит из альфа-зерен (белые на оптической микрофотографии; (Рисунок 3 (b)) и пластинчатых альфа + бета-зерен (черные на рисунке 3 (b)).

3.1.2. Микротвердость

Эксперименты на микротвердость проводили с использованием прибора для испытания на микрокомпрессию Zwick Roell Z 2.5 типа ZHU / Z 2.5, снабженного алмазным индентором, расположенного при комнатной температуре 22 ° C и в атмосфере лаборатории.Используя кривые P h (нагрузка-смещение) во время экспериментов на микротвердость со скоростью нагружения (0,2 мм · мин -1 ), при максимальной нагрузке 50 Н, каждое испытание проводилось трижды, и Средние значения рассчитывались автоматически MCT как нагрузка и смещение. Экспериментальная кривая P h для Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V показана на рисунке 6.

3.
1.3. Анализ шероховатости

Изучаемые субстраты представляют биомедицинский интерес.Следовательно, они должны соответствовать стандартам, установленным в области биомедицины, особенно на поверхности материала, нанесенного на суставные поверхности протезов бедра, в которых Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb являются имплантатами бедра. Полученная шероховатость образцов (Таблица 3 и Рисунок 7) соответствует стандартам биомедицины, как указано в стандарте ISO 7206-2: 1996 [23]. Значения шероховатости составляли 5,03 и 0,01 мкм, мкм для сплава Ti-6Al-7Nb до и после полировки, соответственно, и 0,06 мкм мкм для Ti-6Al-4V после полировки.


Параметры / (нм) Ti-6Al-7Nb Ti-6Al-4V

Ra 0 9 0,06 0 среднее арифметическое из Rq: среднеквадратичное значение, Rt: максимальная высота профиля и Rz: среднее расстояние между самым высоким пиком и самой низкой впадиной на каждой длине выборки, ASME Y14. 36М-1996 условные обозначения текстуры поверхности.
0 0,04 0
Rq 0,05 0,08
Rz 0,97 1,05
Rt 1,04 1,19

3.2. Трибологическое исследование
3.2.1. Потеря веса (контактная плоскость)

Потеря веса (рис. 8) образцов титана, испытанных при нагрузке 3,5 Н, приблизительно пропорциональна количеству оборотов диска. Тем не менее, как и ожидалось, износ был систематически выше для Ti-6Al-7Nb. Поведение, наблюдаемое для обоих образцов, предполагает, что механизм износа во время испытания одинаковый (абразивный износ). В случае образцов Ti-6Al-4V его потеря массы составила ~ 85% от наблюдаемой для образцов Ti-6Al-7Nb.Согласно закону Арчарда, объемные потери материала обратно пропорциональны значению твердости материала [24, 25]. Это означает, что чем выше твердость материала, тем меньше потеря объема. Настоящие сплавы демонстрируют значительную разницу в значениях твердости, так что экспериментальные данные об износе при скольжении хорошо коррелируют с законом Арчарда.


3.2.
2. Коэффициент трения

Зависимость коэффициента трения (COF) сплавов Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V от расстояния скольжения, то есть количества циклов, приведена в таблицах 4 и 5 и на рисунках 9, 10, 11. , 12, 13, 14, 15 и 16 — почти самые разные в условиях нагрузки и скорости.Анализ этих кривых позволяет выделить несколько периодов или последовательных режимов трения и износа. (1) Первый — период аккомодации, в течение которого коэффициент трения быстро увеличивается, поверхность первого тела является наиболее пластичной [26], в в данном случае сталь. Шероховатость стальной поверхности уменьшается за счет пластической деформации. (2) Второй период характеризуется небольшим уменьшением коэффициента трения. Вероятно, третье тело на гусенице, образованное фрикционным износом стали, играет роль, сравнимую с ролью твердой смазки.(3) Третий период определяется значительным увеличением коэффициента трения. Третье тело фрагментировано и окисляется и, вероятно, играет абразивную роль. (4) Четвертый и последний период соответствует стабилизации коэффициента трения до 1400. Из рисунка 9 видно, что коэффициент трения имеет более низкое значение (прибл. 0,248) до 20 циклов, а затем он увеличился до среднего значения 0,4 между 40 и 1000 циклов. Причина может быть связана с оксидным слоем, образовавшимся на титановых сплавах, и поэтому коэффициент трения показал более низкое значение.Однако этот оксидный слой был разорван, а затем стальной шарик 100Cr6 полностью коснулся подложки, и, следовательно, коэффициент трения получил более высокое значение (0,538).

902 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 36 9
9
9 905 9059 1 0,4 9015 90

Скорость / мм · с -1 COF COF Start COF Min COF Max
Нагрузка / Н Ti-6Al-4V Ti6Al7Nb Ti6Al4V Ti6Al7Nb Ti6Al4V Ti6Al-7Nb Ti6Al4V b Ti6Al4V b 0,129 0,038 0,068 0,521 0,589 0,356 0,339
6 0,064 0,325 0,058 0,197 0,498 0,498
10 0,23 0,251 0,217 0,213 0,54 0,518 0,374 0,357

15
15
15 0,248 0,229 0,248 0,809 0,538 0,597
6 0,406 0,405 0,351 0,339 0,659 0,508 0,473 0,413
10 0,315 0,308 10 0,315 0,308 0,607 0,48 0,452 0,398

25 3 0,193 0,349 0,193 0,349 0,489 0,419
6 0,355 0,333 0,355 0,333 0,904 0,482 0,565 0,418
0,367 0,367 0,367 0,367 0,648 0,54 0,476 0,407

s 9059 9015 9059 0,489

Нагрузки Скользящие
1 мм · с −1 15 мм · с −1 25 мм −1
Ti6Al4V Ti6Al7Nb Ti6Al4V Ti6Al7Nb Ti6Al4V Ti6Al7Nb

3

3

3

3
0,419
6 Н 0,297 0,36 0,473 0,413 0,565 0,418
10 Н 0,374 0,357 0,459 0,357 0,459 0,476 0,407




9 0031



На рисунках 9 и 10 показана эволюция кривых коэффициента трения Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V, соответственно, при различных условиях приложенных нагрузок и скоростей скольжения буксира (15 и 25 мм · с −1 ). Полученные результаты показали одинаковый вид для всех кривых. Среднее значение COF, полученное при 15 мм · с -1 и менее 3 Н, составило 0,54 и 0,8 для сплава Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V, соответственно. Результаты показаны на рисунках 13–19 и в таблицах 4-5.

( 1) Влияние нагрузки . Результаты испытаний на трение образцов из сплава Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb при альтернативном перемещении по сравнению со стальным шариком 100Cr6 представлены в таблицах 4-5 и на рисунках 8–16. Таблицы 4, 5 и 6, а также рисунки 11–13 представляют влияние приложенной нормальной нагрузки на изменение коэффициента трения, при различных условиях нагрузки и скорости скольжения это видно на рисунке 11 (при 1 мм · с −1 ), что Ti-6Al-4V показал более низкие значения по сравнению с Ti-6Al-7Nb в другой части, Рисунок 11 также показывает, что Ti-6Al-4V имеет более высокие средние значения коэффициента трения Ti-6Al-7Nb.



Нагрузка / Н Скорость скольжения
1 мм · с −1 15 мм · с −1 25 мм · с −1
Ti-6Al-4V Ti-6Al-7NB Ti-6Al-4V Ti-6Al-7NB Ti-6Al-4V Ti-6Al-7NB
3 с. 31,38 ×
6 с.

На рисунках 12 и 13 показано изменение коэффициента трения Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V; результаты показывают, что коэффициент трения практически имеет сходящееся значение в исследованных условиях.

Таблица 4 и рисунок 12 показывают, что средние коэффициенты трения составляли 0,59, 0,473 и 0,452 для сплава Ti-6Al-4V и 0,40, 0,413 и 0,398 для сплава Ti-6Al-7Nb при нормальных нагрузках 3 Н, 6 Н и 10 Н соответственно. На рисунке 12 также очевидно, что коэффициент трения имел более низкие значения (0,229, 0,351 и 0,308) до 100 циклов для Ti-6Al-4V и (0,248, 0,339 и 0,325) для Ti-6Al-7Nb. сплава, а затем резко возросла до средних значений 0,809 и 0. 538, до 2300 дистанции (цикла) для сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6Al-4Nb.

Из таблицы 4 и рисунка 13 видно, что коэффициент трения имеет более высокие значения для сплава Ti-6Al-4V (0,754, 0,904 и 0,648), чем для сплава Ti-6Al-7Nb (0,49, 0,482 и 0,54). . На рисунке 13 также очевидно, что коэффициент трения имел более низкое значение 0,193 и 0,349 до 50 циклов, а затем резко увеличивался до средних значений 0,75 и 0,49 до 1400 циклов для Ti-6Al-4V и Ti. -6Al-7Nb соответственно.

(2) Влияние скорости . На рисунках 14–16 показано влияние приложенной нагрузки на изменение коэффициента трения сплава Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V при различных нагрузках и скоростях скольжения. Видно, что средний коэффициент образцов показал более низкое значение на 1 мм · с -1 , а затем он резко увеличился до среднего значения с увеличением скорости скольжения, как показано на рисунке 17.


Контактное давление Расчетное значение имеет одинаковое значение (690, 870 и 1031 МПа) для обоих сплавов при приложенных нагрузках, соответственно, и альтернативной скорости движения.

3.2.3. Характеристики износа

Объемная скорость износа (таблица 6) была рассчитана с использованием механического профилометра. Шарик из стали 100Х6 производил шлифование с поверхности образца; то есть на поверхности произошел абразивный износ, что показано на рисунках 18 и 19. Объемный износ был определен как 5,45 × 10 −3 , 9,53 × 10 −3 и 12,08 × 10 −3 мм 3 N −1 · мм −1 для Ti-6Al-4V и 5,48 × 10 −3 , 9.64 × 10 −3 и 13,12 × 10 −3 при скорости скольжения 1 мм · с −1 под нагрузкой 3, 6 и 10 Н, соответственно, для Ti-6Al-7Nb. Наконец, объемный износ был одинаковым (сходящиеся значения) для обеих скоростей скольжения 15 мм · с −1 и 25 мм · с −1 между 22,06 × 10 −3 и 57 × 10 −3 . мм 3 N −1 · мм −1 для обоих образцов. В таблице 6 представлены зависимости объема износа исследованных сплавов от скорости скольжения. Данные объемного износа показывают, что потеря объема, независимо от состава и микроструктуры сплава, увеличивается с увеличением скорости скольжения.

4. Обсуждение
4.1. Поведение на трение

Результаты испытаний на твердость показывают, что сплав Ti-6Al-4V характеризуется более высокой твердостью, чем Ti-6Al-7Nb. Ранее сообщалось о зависимости между характеристиками износа и твердостью, и было замечено, что величина износа снижается с увеличением твердости [27]. При оценке свойств титанового сплава по параметрам, полученным по глубине вдавливания, было обнаружено, что глубина уменьшается с увеличением содержания примесей [27].Изменение значения глубины вызвано влиянием предела текучести [28] и напряжения течения [29]. Различия в потере веса и характеристиках изношенной поверхности между тремя металлами можно частично объяснить различиями в твердости и процессе деформации, связанными с микроструктурными характеристиками. Кроме того, на характеристики износа материала влияют и другие факторы. Частицы износа влияют на механизм повреждения поверхности [30], и состояние поверхности, как сообщается, оказывает влияние на характеристики износа сплавов биоматериалов [31].Для определения фазового состава титановые сплавы подвергали рентгеноструктурному анализу с использованием излучения CuK α . Подтверждено наличие обеих фаз и, причем в основном появлялись пики, соответствующие фазе (гексагональная закрытая упаковка) и фазе (объемно-центрированная кубическая) [32, 33]. Микроструктура сплава Ti-6Al-7Nb демонстрирует уточненную двухфазную структуру α , состоящую из игольчатой ​​фазы α в первичных зернах. Считается, что прочность сплава проистекает из этой усовершенствованной структуры.

4.2. Поведение при износе

Результаты объемных потерь изнашивания исследуемых сплавов представлены в таблице 6 с использованием функции скорости скольжения. Данные объемного износа показывают, что потеря объема, независимо от состава и микроструктуры сплава, увеличивается с увеличением скорости скольжения. Износостойкость сплава Ti-6Al-4V выше, чем у сплава Ti-6Al-7Nb. Как видно из рисунка 8, потеря веса Ti-6Al-4V ниже, чем у сплава Ti-6Al-7Nb.

Согласно закону Арчарда, объемные потери материала обратно пропорциональны значению твердости материала [24]. Это означает, что чем выше твердость материала, тем меньше потеря объема. Настоящие сплавы демонстрируют значительную разницу в значениях твердости, так что экспериментальные данные об износе при скольжении хорошо коррелируют с законом Арчарда.

Более того, его износ существенно увеличивается с увеличением скорости скольжения. Было замечено, например, что при скорости скольжения 25 мм · с -1 износ сплава Ti-6Al-7Nb составляет около, в то время как (мм 3 N -1 · мм −1 ) наблюдается износостойкость сплава Ti-6Al-4V.При более высоких скоростях скольжения разница в потерях на износ еще больше. Это можно объяснить тем, что с увеличением скорости скольжения окислительный износ уменьшается из-за сокращения времени, доступного для бесконтактного окисления [34]. Окислительный износ характеризуется образованием островков оксида на поверхности, которые непрерывно образуются и стираются. Если оксидные отложения на изношенной поверхности недостаточно поддерживаются лежащим под ним деформационно-упрочненным материалом и не прилипают к подложке, они имеют тенденцию к непрерывному дроблению.Следовательно, они не являются защитными, и в результате возникает серьезный износ. Поскольку поверхность неподвижных образцов в настоящем исследовании находится в постоянном контакте, одной из причин плохой износостойкости исследуемых сплавов является их неспособность образовывать защитный оксидный слой при износе. Хотя сплавы на основе Ti, подвергающиеся воздействию окислительной среды, быстро образуют оксидный слой на поверхности из-за их высокой реакционной способности, его последующее удаление во время скользящего контакта является причиной взаимодействия между поверхностями трибологической пары.Влияние скорости скольжения на потерю веса всех материалов представлено на рисунке 8. Расчетные значения скорости износа показывают, что при любой скорости скольжения скорости износа Ti-6Al-7Nb, Ti-6Al-4V и керамических сплавов равны в порядке убывания.

Морфологический анализ следов износа подтверждает вышеуказанные результаты. Микрофотографии SEM, представленные на рисунках 18 и 19, показывают типичную морфологию изношенной поверхности образцов, испытанных при самой низкой и самой высокой скорости скольжения. Морфология образцов, изношенных при промежуточной скорости скольжения, не показана, поскольку они показывают промежуточные характеристики между этими двумя крайними значениями.На изношенных поверхностях обоих сплавов на всех испытанных образцах можно обнаружить признаки абразивного износа.

Сплошные следы скольжения с пластически деформированными канавками и выступами видны на следах износа независимо от скорости скольжения. Однако степень пластической деформации или «вспашки» оказывается меньше в случае сплава Ti-6Al-7Nb (Рисунки 19 (a) и 19 (b)). Слои с последовательными пластическими деформациями относительно гладкие при всех оцененных скоростях (рис. 19). Наблюдаются только неглубокие канавки износа, возникшие в результате проникновения твердых жестких абразивов и последующего царапания поверхности образца пропитанными абразивами.Глубина проплавления зависит от относительной твердости абразива по отношению к твердости поверхности образца. Поскольку твердость сплава Ti-6Al-4V выше, чем твердость сплава Ti-6Al-7Nb, ожидается, что глубина проникновения абразива в поверхность Ti-6Al-4V будет меньше. Это приводит к меньшему удалению материала с поверхности из-за вспашки и меньшей степени пластического течения в случае Ti-6Al-4V. Таким образом, сплав Ti-6Al-4V демонстрирует значительно меньшую скорость износа по сравнению со сплавом Ti-6Al-7Nb.

Исследование SEM также показывает, что в этих сплавах действуют по крайней мере два механизма износа. Наличие хлопьев, удаленных с контактной поверхности в результате отслоения материала, убедительно свидетельствует о наличии адгезионного износа. Во время скольжения контактные неровности испытывают постепенную пластическую деформацию, которая накапливается при повторных контактах [35]. Когда достигается критическое значение накопленной пластической деформации, трещины зарождаются под поверхностью и распространяются параллельно поверхности.Как следствие, хлопья материала отделяются от поверхности за счет прилипания к ответной части. Часть перенесенного материала теряется, но часть повторно встраивается и размазывается по контактной поверхности. В этой теории расслоения [35], последовательно обсуждаемой и реализуемой многими авторами, предполагается, что критическая пластическая деформация определяется пластичностью материала. Титан и его сплавы химически активны и обладают высокой пластичностью, что обуславливает сильную тенденцию к адгезии [36].Следовательно, адгезионная прочность образующихся переходов обычно намного выше, чем прочность сплава Ti, и такие переходы будут разрушаться в пределах более слабых неровностей Ti, что составляет множество кратеров на изношенной поверхности сплава Ti. Удаление материалов за счет адгезии связано с большими потерями на износ, и, по-видимому, скорость износа определяется вкладом адгезионного износа в общий износ.

СЭМ-микрофотографии, представленные на рисунке 19, показывают изношенные поверхности сплава Ti-6Al-7Nb.Очевидно, что разрушение происходит в гораздо большем масштабе и что с поверхности удаляются крупные чешуйки. При детальном исследовании отслоившихся участков обнаруживаются гребни и трещины, перпендикулярные направлению скольжения. Смазанные участки также можно легко обнаружить на изношенных поверхностях. Эти особенности указывают на то, что износ происходит преимущественно за счет адгезии. В этом случае адгезия перекрывает истирание и ускоряет износ сплава Ti-6Al-7Nb. Возникновение расслоения более заметно, когда испытания на износ проводятся при более высоких скоростях скольжения (Рисунки 19 (e) и 19 (f)).Такое же поведение наблюдали Manivasagam et al. [37].

Другим фактором, способствующим наблюдаемому износу, может быть деформационное упрочнение. А именно, процессы скользящего износа пластичных материалов могут вызывать большие пластические деформации в слоях материала, прилегающих к контактным поверхностям [38, 39].

5. Выводы

Износостойкие характеристики высокопрочных сплавов Ti-6Al-7Nb и Ti-6Al-4V были оценены в испытании на износ, моделирующем трение для полного протеза бедра.Испытания на трение и износостойкость были проведены в окружающем воздухе с помощью колебательного триботестера в соответствии со стандартами ISO 7148, ASTM G99-95a и ASTM G133-95. С одной стороны, были проведены испытания на трение и износ, чтобы увидеть тип износа и количественно оценить потерю веса, а с другой стороны, чтобы увидеть изменение коэффициента трения исследуемых пар в различных условиях. Были получены следующие наблюдения и выводы: (1) Износостойкость сплавов Ti-6Al-7Nb с двухфазной микроструктурой существенно ниже, чем у сплава Ti-6Al-4V с более высокой твердостью, испытанного в тех же условиях испытаний.Наименьшая степень износа у Ti-6Al-4V с самой высокой твердостью. (2) Коэффициент трения обоих сплавов увеличивается с увеличением скорости скольжения. Однако сплав Ti-6Al-7Nb не показывает значительного изменения коэффициента трения при изменении скорости скольжения, тогда как в случае сплава Ti-6Al-4V коэффициент сплава Ti-6Al-4V линейно увеличивается с увеличением скорости скольжения. Такое поведение можно отнести к преобладающему механизму износа. (3) Два сплава Ti имели схожие характеристики трения и износа, хотя их зеренная структура и состав различались.(4) Произошли большие колебания трения, вероятно, в результате образования и периодического локализованного разрушения переходного слоя. (5) Более высокий коэффициент трения с более отчетливыми колебаниями значений и более высокая скорость износа наблюдались при более высоком уровне износа сайдинга. (6) Для обоих исследованных сплавов и во всех исследованных условиях коэффициент трения сначала уменьшается, а затем увеличивается в зависимости от расстояния скольжения. Изменение коэффициента трения связано с составом изношенных поверхностей. (7) Механизм износа из сплава Ti-6Al-4V трансформируется от износа вспашки и отслаивания при низких скоростях скольжения до пластической деформации и адгезионного износа на повышенной скорости. (8) Потеря веса, которая количественно определяет износ мягкого тела, скользящего по нему. твердая поверхность пропорциональна не только расстоянию от скольжения, но и приложенной нормальной нагрузке. (9) Скорость скольжения имеет принципиальное влияние на температуру зоны контакта. При выходе за пределы критической скорости происходит плавление поверхности самого легкоплавкого тела.(10) Повышение температуры зоны контакта с увеличением скорости скольжения вызывает структурные преобразования и увеличивает реакционную способность контактных поверхностей по отношению к окружающей среде, то есть окисление в присутствии воздуха. Выше определенной температуры и, следовательно, для скоростей скольжения, превышающих предел разрушения, оксидная пленка, возникающая в результате постоянного окисления, восстанавливается вместе с мехом, поскольку он разрушается в результате износа.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Эта работа была выполнена в сотрудничестве с лабораторией MSMP Материалов и обрабатывающих материалов, Art et Métiers Paris tech-Lille France. Авторы выражают благодарность директору лаборатории за любезно предоставленные стержни из металла TiAlV и бедренный стержень из TiAlNb. Авторы также благодарны профессору ALAIN IOST за разрешение на использование сканирующего электронного микроскопа и триботестера.

Механистическая основа чувствительности титана к кислороду

ВВЕДЕНИЕ

Титановые сплавы обладают рядом очень желаемых свойств, включая превосходную коррозионную стойкость и высокую удельную прочность, что делает их привлекательными конструкционными материалами для широкого круга коммерческих применений.Внедрение атомов внедрения, намеренно или естественным образом, оказывает сильное влияние на механические свойства титана ( 1 , 2 ). Среди различных видов используемых примесей внедрения кислород является наиболее широко применяемым в сплавах на основе титана, чтобы использовать мощный упрочняющий эффект для различных применений ( 2 4 ). Неотъемлемой проблемой при дальнейшем расширении использования титановых сплавов, например, для облегчения веса в автомобилях, является их высокая стоимость.Расходы на титан частично связаны с требованиями строгого контроля содержания примесей внедрения при их обработке и производстве. Эти требования возникают из-за сильной чувствительности к кислороду механических свойств гексагонального плотноупакованного (ГПУ) α-титана, особенно из-за неблагоприятного воздействия на пластичность и вязкость разрушения ( 3 , 5 10 ). Например, увеличение концентрации кислорода на ~ 0,2 атомных% (ат.%) Приводит к многократному увеличению предела текучести, но еще большему снижению пластичности и вязкости ( 6 , 7 , 11 ). Несмотря на хорошо задокументированные эффекты охрупчивания межузельных примесей в α-Ti ( 5 , 11 , 12 ), механистическое происхождение этой аномальной чувствительности к кислороду в отношении механических свойств не было ясно понято, что ограничивает усилия в сплаве. стратегии проектирования и обработки.

Документально подтверждено, что «волнообразный» переход дислокационных структур происходит с увеличением содержания кислорода в титане ( 9 ). На микроскопическом уровне плоское скольжение характеризуется более организованной дислокационной структурой, локализованной в области ограниченных плоскостей, в то время как волнообразное скольжение характеризуется более равномерно распределенной и разнонаправленной конфигурацией дислокаций.Сообщалось, что образование плоского скольжения ухудшает различные механические свойства α-Ti, включая формуемость ( 3 ), вязкость разрушения ( 13 ) и способность к деформационному упрочнению ( 5 ). Волнообразно-плоский переход также наблюдался в сплавах Ti-Al с замещением, где этот переход предполагается как следствие химического ближнего упорядочения (SRO) атомов алюминия ( 13 15 ). В сплавах Ti-Al растворенные вещества алюминия являются замещающими, и поэтому ведущая дислокация приводит к нарушению SRO и последовательному движению дислокаций по «размягченной» плоскости скольжения.Эта теория подтверждается косвенными доказательствами, такими как ведущие пары дислокаций, возникающие в результате создания диффузной противофазной границы (DAPB) ( 16 18 ), а также прямая характеристика структур SRO с помощью нейтронографии ( 19 ). ) и просвечивающая электронная микроскопия с фильтром энергии (ТЕМ) ( 20 ). Аналогичным образом была выдвинута гипотеза, что образование SRO в сплавах Ti-O может быть ответственно за склонность к скольжению плоских дислокаций при более высоких концентрациях кислорода ( 9 ).Однако гораздо более низкая концентрация растворенных атомов в сплавах Ti-O по сравнению со сплавами Ti-Al ставит под сомнение две ситуации, имеющие одно и то же механистическое происхождение.

В данном исследовании мы провели систематическое многомасштабное исследование механических свойств и микроструктур деформации с учетом концентрации внедрения, скорости деформации и температуры деформации с целью выявить природу планарности скольжения, связанной с более высоким содержанием кислорода. В сочетании с явными доказательствами пагубной склонности активностей двойникования {11-24} мы обнаружили, что заметная чувствительность к кислороду в титане может быть связана с переходами как в поведении дислокаций, так и в активности двойникования.Атомистическое происхождение переходов обсуждается в свете моделирования теории функционала плотности (DFT) и молекулярной динамики (MD), что дает представление о конструкции титановых сплавов, толерантных к внедрению.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Механические свойства и характер разрушения

Механическое поведение трех модельных сплавов, а именно чистого Ti [0,05 вес.% (Вес.%) (0,15 ат.%) Кислорода], Ti-0,1O [0,10 вес. % (0,31 ат.%) Кислорода] и Ti-0,3O [0,30 мас.% (0,88 ат.%) Кислорода], оценивали при высокой температуре (~ 500 K), комнатной температуре (~ 300 K) и криогенной температуре (~ 100 K) посредством испытаний на одноосное растяжение со скоростью деформации 10 −3 с −1 .Типичные инженерные кривые напряжение-деформация для двух более низких температурных режимов показаны на рис. 1A. Как показано на графиках, небольшое изменение содержания кислорода привело к заметным изменениям механических свойств сплавов Ti-O как при комнатной, так и при криогенных температурах. В частности, при комнатной температуре (красные линии на рис. 1А) увеличение содержания кислорода (с 0,05 до 0,30 мас.%) Привело к увеличению предела текучести сплавов Ti-O с 156 до 472 МПа при заметной стоимости. пластичности (общее удлинение уменьшилось с 48 до 16%).Для сравнения, кислородная зависимость механических свойств сплавов Ti-O при криогенной температуре была еще более острой (синие линии на рис. 1А). При понижении температуры деформации в чистом Ti было выявлено одновременное улучшение предела текучести и пластичности по сравнению с его аналогом при комнатной температуре. Аналогичное явление было обнаружено и в сплаве Ti-0,1O. Однако в сплаве Ti-0,3O, несмотря на впечатляющий предел текучести ~ 1 ГПа, материал демонстрировал преждевременное разрушение вскоре после текучести с полученным общим удлинением только ~ 4%.Катастрофическое разрушение сплава Ti-0,3O при низкой температуре свидетельствует о том, что препятствует его применению в криогенных условиях.

Рис. 1 Механическое поведение чистых сплавов Ti, Ti-0,1O и Ti-0,3O при комнатной температуре (RT) (~ 300 K) и криогенной температуре (~ 100 K).

( A ) Типичные инженерные кривые напряжения-деформации для трех сплавов со скоростью деформации 10 -3 с -1 . ( B ) Соответствующие кривые истинное напряжение-истинная деформация (сплошные линии) и кривые скорости деформационного упрочнения (символы) для трех сплавов. ( C ) Томография разрушения чистого Ti при комнатной температуре. ( D ) Томография разрушения чистого Ti при криогенной температуре. ( E ) Томография разрушения Ti-0,3O при криогенной температуре.

Заметные изменения механических свойств, особенно пластичности при растяжении, сплавов Ti-O с температурой деформации или содержанием кислорода можно увидеть в эволюции способности к деформационному упрочнению, как показано на рис. 1B. При комнатной температуре способность к деформационному упрочнению непрерывно снижалась с увеличением содержания кислорода, что приводило к постепенной потере пластичности сплавов Ti-O.В чистом Ti на кривых скорости деформационного упрочнения наблюдалась стадия плато, тогда как в сплавах Ti-0,1O и Ti-0,3O было обнаружено монотонное уменьшение скорости деформационного упрочнения с продолжающейся деформацией. При криогенной температуре чистый Ti и Ti-0,1O показали отличные и почти одинаковые скорости деформационного упрочнения (что демонстрируется длинной стадией плато на кривых скорости деформационного упрочнения), причем оба значения были намного выше, чем у их аналогов при комнатной температуре. . Это говорит о склонности к деформационному двойникованию при более низких температурах с низким содержанием кислорода.Однако в сплаве Ti-0,3O скорость деформационного упрочнения быстро упала до нуля, что означает существенный переход в механизмах деформации, вызванный как содержанием кислорода, так и температурой деформации.

Сильное влияние содержания кислорода на механические свойства сплавов Ti-O при различных температурах деформации также отражается на томографии разрушения (рис. 1, C – E). В чистом Ti, деформированном при комнатной температуре (рис. 1C), поверхность излома характеризовалась большими впадинами, что указывает на внутризеренный режим вязкого разрушения.При криогенной температуре (рис. 1D) режим разрушения чистого Ti все еще оставался внутризеренным, вязким, и размер ямок стал намного меньше, чем при комнатной температуре. Это хорошо согласуется с гораздо более высокой прочностью на разрыв и даже лучшей пластичностью, обнаруженной у чистого Ti, деформированного при криогенной температуре, чем при комнатной температуре. С другой стороны, в Ti-0.3O, деформированном при криогенной температуре (рис. 1E), режим разрушения был полностью изменен, и наблюдалась четкая морфология хрупкого межзеренного разрушения вместе с некоторыми особенностями скола.Этот режим хрупкого разрушения предполагает переход к другому доминирующему механизму деформации.

Активность дислокаций: волнистое скольжение по сравнению с плоским скольжением

Переход в режим деформации, вызванный содержанием кислорода и температурой деформации, также можно увидеть в морфологии дислокационных структур в этих сплавах. Типичные дислокационные морфологии сплавов Ti-O, как в волнообразном, так и в плоском режиме с преобладанием скольжения, систематически исследовались с помощью прерывистых деформаций растяжения (до пластической деформации 4.0%) при разных температурах (500, 300 и 100 К) и скоростях деформации (10 −5 с −1 , 10 −3 с −1 , 10 −1 с −1 , и 2 с −1 ). Преобладающая морфология дислокаций для каждого условия деформации определялась путем исследования не менее 30 зерен на образец. Трехмерная (3D) диаграмма, демонстрирующая совместный анализ зависимостей морфологии дислокаций от температуры, скорости деформации и содержания кислорода, представлена ​​на рис.2A, на котором серые и синие точки представляют собой волнообразные условия с преобладанием скольжения и плоские условия с преобладанием скольжения соответственно. Изображения ПЭМ, показывающие характерную морфологию дислокаций с учетом скорости деформации, концентрации кислорода и температуры деформации для всех этих точек данных, показаны на фиг. От S1 до S3. В общем, переход от волнистого к плоскому скольжению склонен происходить при увеличении скорости деформации, то есть, как показано на рис. 2С (чистый Ti, 10 −1 с −1 , LN 2 ) на рис.2B (чистый Ti, 2 с −1 , LN 2 ), или увеличение содержания кислорода, то есть из рис. 2D (Ti-0.1O, 10 −5 с −1 , LN 2 ) на рис. 2E (Ti-0.3O, 10 −5 с −1 , LN 2 ), или при понижении температуры, т. е. с рис. 2F (Ti-0.3O, 10 −3 с −1 , RT) на рис. 2G (Ti-0.3O, 10 −3 с −1 , LN 2 ). Четкая граница перехода, очерчивающая плоские области с преобладанием скольжения и волнистые области с преобладанием скольжения, может быть найдена для каждого содержания кислорода.В чистом Ti (содержащем 0,05 мас.% Кислорода) граница перехода расположена в нижнем левом углу соответствующей плоскости на рис. 2A, что предполагает довольно жесткое требование (чрезвычайно низкая температура деформации и большая скорость деформации) для возникновения плоское скольжение при таком низком содержании кислорода. Однако с увеличением содержания кислорода критическое условие перехода от волнистого к плоскому скольжению ослабляется, что проявляется в постепенном смещении границы перехода к верхнему правому углу соответствующих плоскостей.Стоит отметить, что плоское скольжение действительно было обнаружено при комнатной температуре в сплаве Ti-0.3O при относительно высоких скоростях деформации (10 -1 с -1 и 2 с -1 ) (рис. 2А и рис. .S1), тогда как в предыдущих исследованиях ( 3 , 5 , 6 ) преимущественно сообщалось о плоском скольжении в сплавах Ti-O для условий криогенной деформации. Наконец, следует отметить, что, осторожно, г . Анализ b показал, что большинство описанных нами дислокаций с волнистой или плоской морфологией скольжения оказались дислокациями типа < a >, хотя мы не можем исключить возможность нескольких < c + a > -типа дислокации вблизи областей границ зерен, особенно в образцах с более высоким содержанием кислорода и более низкой температурой деформации, где были реализованы большие напряжения течения ( 5 ).

Рис.2 Сравнение типичных морфологий дислокаций (с преобладанием волнистого или плоского скольжения) в сплавах Ti-O после прерывистых деформаций растяжения при различных температурах (500, 300 и 100 К) и скоростях деформации (10 −5 с −1 , 10 −3 с −1 , 10 −1 с −1 и 2 с −1 ).

Деформация растяжения составляла 4,0% для всех микроструктур. ( A ) Трехмерная диаграмма, демонстрирующая комбинированный анализ зависимостей морфологии дислокаций от температуры, скорости деформации и содержания кислорода в сплавах Ti-O.Общая тенденция перехода от волнистого к плоскому скольжению возникала при увеличении скорости деформации, то есть от ( C ) (чистый Ti, 10 -1 с -1 , LN 2 ) до ( B ) (чистый Ti, 2 с −1 , LN 2 ) или увеличение содержания кислорода, т. Е. Из ( D ) (Ti-0.1O, 10 −5 с −1 , LN От 2 ) до ( E ) (Ti-0.3O, 10 −5 с −1 , LN 2 ) или при понижении температуры, т.е.е., от ( F ) (Ti-0.3O, 10 −3 с −1 , RT) до ( G ) (Ti-0.3O, 10 −3 с −1 , LN 2 ). Граница перехода, очерчивающая волнистые области с преобладанием скольжения и плоские области с преобладанием скольжения, постепенно смещалась в сторону более высокой температуры и направления более низкой скорости деформации с увеличением содержания кислорода.

Несмотря на то, что в сплавах Ti-O часто сообщалось о плоском скольжении ( 3 , 5 , 9 ), особенно при криогенных температурах деформации, лежащий в основе механизм не был ясен.Было высказано предположение, что SRO атомов кислорода может быть возможным механизмом, аналогичным случаю сплавов Ti-Al ( 13 15 , 20 ). Однако SRO кислорода в двойной системе Ti-O с таким разбавленным содержанием кислорода никогда не проверялось экспериментально. Энергия диффузного DAPB в предположении равновесия SRO в сплаве Ti-0.3O была рассчитана с использованием основных методов кластерного расширения и моделирования Монте-Карло. Как указано в дополнительных материалах, эти расчеты показали, что энергии DAPB в Ti-0.Сплав 3O на два порядка меньше, чем у сплавов Ti-Al ( 21 ). Энергии DAPB сплава Ti-0,3O, рассчитанные в этой работе, даже меньше, чем рассчитанные для высокотемпературных обработанных и быстро закаленных сплавов Ti-Al, где плоское скольжение не наблюдалось экспериментально ( 21 ). Кроме того, для сплава Ti – 6 мас.% Al плоское скольжение было вызвано смягчением плоскости скольжения из-за разрушения SRO из-за скольжения дислокаций. Таким образом, было подтверждено, что возникновение плоского скольжения не зависит от температуры и скорости деформации (как показано на рис.S4). Это резко контрастирует с зависимостями плоского скольжения от температуры и скорости деформации, которые мы обнаружили в сплавах Ti-O. Также стоит отметить, что вызванное SRO плоское скольжение обычно оставляет поле остаточной деформации, вызванное разрушением SRO на плоскости скольжения ( 18 , 20 ). О подобных наблюдениях в сплавах Ti-O никогда не сообщалось. Из-за этих факторов ясно, что должна быть другая причина эволюции плоского скольжения в сплавах Ti-O, кроме разрушения SRO.

Механизм межузельного перемешивания для системы Ti-O

На основе расчетов методом DFT из первых принципов мы предлагаем здесь новый механизм межузельного перемешивания (ISM) для учета температурных и скоростных зависимостей волнообразного скольжения в плоское. переход в сплавах Ti-O. В модели ISM конкуренция между двумя процессами, включающими движение атомов кислорода между различными междоузлиями (октаэдрическими или гексаэдрическими), определяет морфологию дислокаций в сплавах Ti-O.Геометрические размеры, характеризуемые расстоянием между ближайшими соседями после релаксации, составляли 2,09 и 1,92 Å для октаэдрического и гексаэдрического положения соответственно ( 22 ). Чтобы начать процесс, атомы кислорода, которые изначально находятся в более стабильных октаэдрических позициях, перетасовываются винтовыми дислокациями типа < a >, движущимися по призматическим плоскостям в гексаэдрические позиции, где они оказывают меньшее сопротивление движению дислокаций. Это создает эффект смягчения плоскости скольжения, который приводит к плоскому скольжению.После начального смягчения плоскости скольжения тепловые флуктуации заставляют некоторые атомы кислорода, которые были перемещены дислокациями в высокоэнергетические гексаэдрические узлы, прыгать обратно в стабильное октаэдрическое положение. Эти прыжки из гексаэдра в октаэдр увеличивают сопротивление скольжению в данной полосе скольжения и, следовательно, уменьшают тенденцию к скольжению плоских дислокаций. В результате взаимодействие между двумя процессами определяет, произойдет ли плоское скольжение, что, в свою очередь, приводит к температурным и скоростным зависимостям перехода от волнистого к плоскому скольжению в сплавах Ti-O, которые мы показали экспериментально.Более высокая температура будет способствовать большему прыжку из гексаэдра в октаэдр, в то время как более низкая скорость деформации будет замедлять скорость межузельного перетасовки, делая волнообразное скольжение преобладающим в этих условиях деформации. С другой стороны, при более низких температурах и более высоких скоростях деформации прыжки кислорода будут в значительной степени подавлены, в то время как процесс перетасовки происходит независимо от движения дислокации, что облегчает плоское скольжение в этих условиях деформации.

Энергии обобщенного дефекта упаковки (GSF), полученные с помощью расчетов методом DFT из первых принципов (более подробную информацию см. В разделе «Вычислительный метод»), обеспечивают расчетное свидетельство эффекта смягчения плоскости скольжения, связанного с процессом перетасовки (рис.3). В этих расчетах мы использовали модифицированный метод GSF, в котором моделировались шаги вдоль направления вектора Бюргерса через поверхность энергии дефекта упаковки, при этом допускались релаксации перпендикулярно вектору Бюргерса. Путь с наименьшей энергией через соответствующую γ-поверхность в направлении вектора Бюргерса дислокации связан с энергетическим барьером для скольжения этой дислокации. Модифицированные энергии GSF на призматической плоскости {10-10} для чистого Ti и Ti с одной из восьми октаэдрических позиций на плоскости скольжения, занятой примесями кислорода, показаны на рис.3С. Призматическая плоскость представляет интерес, поскольку скольжение винтовых дислокаций типа < a > по этой плоскости представляет собой наиболее активную систему скольжения дислокаций с технической чистотой (CP) –Ti.

Рис. 3 Схематическое изображение ISM смягчения плоскости скольжения.

( A ) Решетка ГПУ с октаэдрическими (белый) и шестигранный (синий) узлами, а также призматической, пирамидальной и базисной плоскостями (красной, синей и зеленой). ( B ) Ориентация ступеней дислокационного скольжения, показанная в (I) — (L).( C ) Модифицированная энергия GSF на призматической плоскости, рассчитанная с помощью DFT. ( D ) — ( H ) показывают положение кислорода для выбранных шагов, начиная с октаэдра (D). (E) показывает искаженный октаэдрический участок при максимуме энергии. На этапах (F) и (H) кислород находится в октаэдрическом месте, образованном на дефекте упаковки. (G) показывает шестигранный узел. ( I ) — ( L ) демонстрируют ключевые этапы модели ISM. В (I) первая дислокация (крестик) на призматической плоскости встречает октаэдрический кислород, и скольжению сопротивляется.В конечном итоге он преодолевает это препятствие и перемещает кислород в гексаэдрический узел (J). Дислокация продолжает скользить, и последующие дислокации следуют за ней (K). Эти дислокации видят уменьшенный барьер от гексаэдрического кислорода и, таким образом, легко скользят по этой плоскости (L).

Для чистого Ti энергия GSF быстро увеличивается до сдвига λ = 0,35 (т.е. 0,35 вектора Бюргерса), а затем уменьшается до локального минимума при λ = 0,5. Барьер для завершения скольжения (т. Е. От λ = 0.5 к 1) является симметричным. Для сравнения, для результатов на той же траектории скольжения в системе, содержащей кислород, видно, что модифицированная энергия GSF увеличивается более резко на ранних стадиях скольжения, до λ = 0,45, когда происходит резкое падение энергии. Это падение энергии связано с перемещением кислородного междоузлия из низкоэнергетического октаэдрического участка в участок в базисной плоскости, который связан с так называемым гексаэдрическим положением ( 23 ) в недеформированной структуре ГПЧ.В структуре HCP атом кислорода имеет гораздо более высокую энергию в гексаэдрическом узле, чем в более открытом октаэдрическом узле. Однако октаэдрический узел становится все более сжатым во время скольжения, в то время как шестигранный узел становится более «открытым» вдоль пути сдвига. Хотя о перетасовке кислорода и связанном с ним падении энергии GSF сообщалось ранее ( 24 , 25 ), наиболее интересным выводом настоящего исследования является то, что когда скольжение завершено (λ = 1), межузельный слой кислорода остается в базальной плоскости. сайт (барьер для возврата в октаэдрический сайт составляет 890 мэВ), а барьер для дальнейшего скольжения существенно снижается.В частности, рассмотрим два полных пути скольжения для кислородсодержащей системы, показанной на рис. 3C: λ = 0 → 1 и λ = 0,5 → 1,5. Для обоих энергетический барьер для скольжения соответствует разнице между самой низкой и самой высокой энергиями GSF на пути. В первом случае проскальзывания барьер составляет 36,5 мэВ / Å 2 [что близко соответствует расчетам подталкиваемой эластичной ленты (NEB), выполненным Квасняком и соавторами ( 25 )], а во втором случае он снижается до 9,8 мэВ / Å 2 . Поскольку сайт базальной плоскости частично выходит за пределы плоскости скольжения, стерическое препятствие скольжению заметно уменьшается за счет перемещения атома кислорода в этот сайт.Таким образом, расчеты GSF подтверждают ISM для смягчения плоскости скольжения, показанного на рис. 3 (с I по L). Первое событие скольжения на данной плоскости скольжения приводит к перемещению примесей кислорода к месту базисной плоскости (рис. 3, I и J). Смещенные атомы кислорода остаются в этих положениях, что приводит к уменьшению барьера для дальнейшего скольжения (рис. 3, K и L).

Дальнейшее доказательство уменьшения барьера для скольжения, представленного кислородом в гексаэдрической позиции, а не в октаэдрической позиции, было предоставлено расчетами закрепления дислокаций, выполненными с использованием метода модифицированного внедренного атома (MEAM) ( 26 ).Путем расчета максимальных углов изгиба дислокаций, закрепленных на межузельных атомах кислорода, мы обнаружили, что сила закрепления октаэдрического кислорода примерно на 55% выше, чем у гексаэдрического кислорода. См. Дополнительный текст, таблицу S3 и рис. S5 для более подробной информации.

Двойниковая активность как функция кислорода и температуры

В дополнение к дислокационной активности, деформационное двойникование имеет решающее значение для понимания механических свойств сплавов Ti-O, так как движение дислокаций только типа < a > либо в виде волнообразного или плоского скольжения, недостаточно для компенсации произвольной пластической деформации.Двойникование при деформации в титане обеспечивает необходимый путь для компенсации деформации по оси c . Двойникование является источником отличных механических свойств, наблюдаемых при криогенных температурах в титановых сплавах, где активность дислокаций становится затруднительной. На сегодняшний день в титане зарегистрировано четыре распространенных режима двойникования при деформации, включая два двойника растяжения (T1 {10-12} <-1011> и T2 {11-21} <−1-126>) и два двойника сжатия (C1 {11-22} <11-2-3> и C2 {10-11} <10-1-2>) ( 27 30 ).При комнатной температуре T1 является преобладающим режимом двойникования из-за его низкой деформации сдвига и простого механизма перемешивания ( 28 ). Обзор поведения двойникования в зависимости от содержания кислорода и температуры показан на рис. 4. В микроструктуре изломанного при растяжении чистого Ti при комнатной температуре (рис. 4A) обычно наблюдались большие двойники линзовидной формы с появлением вторичных близнецы внутри первичных близнецов. Однако с увеличением содержания кислорода (рис. 4, B и C) двойные фракции при комнатной температуре непрерывно уменьшались до такой степени, как в Ti-0.30. При комнатной температуре заметных двойников обнаружить не удалось. Подтверждено, что типы двойников деформации (как показано на рис. S6) в чистом Ti и Ti-0,1O при комнатной температуре являются либо T1 (красным цветом), либо двойниками C1 (зеленым цветом), что хорошо согласуется с предыдущими литература по титану ( 28 30 ).

Рис.4 Карты обратной полюсной фигуры (IPF) + качества изображения (IQ) сплавов Ti-O после разрушения при растяжении при комнатной температуре (RT) и криогенной температуре (LN 2 ) со скоростью деформации 10 −3 с -1 .

( A ) Чистый Ti, RT и деформация разрушения: 0,40. ( B ) Ti-0,10, RT и деформация разрушения: 0,28. ( C ) Ti-0,3O, RT и деформация разрушения: 0,16. ( D ) Чистый Ti, LN 2 , и деформация разрушения: 0,60. ( E ) Ti-0,1O, LN 2 и деформация разрушения: 0,56. ( F ) Ti-0,3O, LN 2 и деформация разрушения: 0,04. Направление растяжения для всех микроструктур горизонтальное.

При криогенной температуре двойниковая активность в чистом Ti значительно усиливается (рис.4D), что приводит к подразделению исходных зерен за счет высокой плотности первичных и вторичных двойников с гораздо меньшей толщиной (см. Рис. S7). В результате обширного деформационного двойникования чистый Ti показал гораздо более высокую скорость деформационного упрочнения и общее удлинение при криогенной температуре, чем при комнатной температуре. Повышенная активность двойникования в чистом Ti при криогенной температуре может быть приписана более высокому уровню внутреннего напряжения, в то время как критическое разрешенное напряжение сдвига для зарождения двойников по существу нечувствительно к температуре.В отличие от подавленной активности двойникования, обнаруживаемой при комнатной температуре, при криогенной температуре, сплав Ti-0.1O также показал почти полностью двойниковую микроструктуру после разрушения при растяжении (рис. 4E).

Неожиданно мы обнаружили, что сплав Ti-0.3O действительно показывает заметные двойники при криогенной температуре (рис. 4F), хотя деформация разрушения (~ 4%) была намного меньше, чем у сплава Ti-0.3O (~ 16 %) при комнатной температуре. Однако эти наноразмерные двойники не привели к улучшению пластичности Ti-0.3O при криогенной температуре, как и ожидалось. Вместо этого образец для растяжения показал преждевременное разрушение вскоре после деформации, в отличие от случая при комнатной температуре, в котором разумная пластичность сохранялась без вклада двойникования. Эти наноразмерные двойники, обнаруженные в разрушенном при растяжении Ti-0,3O при криогенной температуре, были повсеместно подтверждены как двойники {11-24} с характерным углом разориентации 77 ° по нормали к плоскости <01-10> (см. Рис. .S6F). Об этом типе двойника лишь изредка сообщалось в CP-титане, деформированном при некоторых экстремальных условиях, т.е.е., высокие скорости деформации ( 31 , 32 ), такие как испытания на баллистический удар при 10 3 с -1 ( 32 ) или криогенные температуры ( 33 35 ). В большинстве случаев доля двойников {11-24} была довольно ограниченной, и они, как правило, встречались в титане из ХП с относительно высоким содержанием кислорода ( 32 35 ). Как показано на рис. 5, было подтверждено, что большинство активированных в этом образце близнецов являются близнецами {11-24}, несмотря на существование нескольких близнецов T1 и C1 (рис.5, Б и Ж). Насколько нам известно, о таком преобладании двойникования {11-24} над обычными двойниками растяжения и сжатия (как показано на рис. S6F и рис. 5В) никогда ранее не сообщалось в титане при любых условиях деформации. На соответствующем профиле угла разориентации (рис. 5E) наблюдался четкий пик около 77 °, что характерно для двойника {11-24}. При оптической микроскопии (рис. 5А) наблюдали несколько микротрещин, большинство из которых располагались вдоль границ зерен (как показано желтыми стрелками).Эти микротрещины после образования могли легко распространяться по границам зерен, и, учитывая относительно большой размер зерен сплавов Ti-O, можно было бы ожидать преждевременного разрушения вскоре после текучести. Это также согласуется с морфологией межкристаллитного разрушения, обнаруженной в сплаве Ti-0,3O при криогенной температуре (рис. 1E). Наблюдение за этими микротрещинами приводит к заметному открытию, что большинство из них расположено в точках пересечения, где распространение двойников {11-24} было заблокировано на границах зерен.Один типичный пример этого взаимодействия показан на рис. 5 (C и D), где микротрещины, соединяющие двойники {11-24}, отмечены желтыми стрелками. Образец ПЭМ был приготовлен из одного из двойников {11-24}, соединенных с микротрещинами (отмеченными оранжевым прямоугольником на фиг. 5B) методом подъема с использованием сфокусированного ионного пучка (FIB). Изображение ПЭМ с высоким разрешением (ось зоны [-5143]), показывающее структуру решетки на границе раздела двойник / матрица, приведено на фиг. 5F, на котором наблюдались большие искажения решетки вокруг границы раздела.Это изображение HRTEM также впервые показало детальную структуру решетки вокруг этого необычного двойника в титане.

Рис. 5 Характеристика сплава Ti-0.3O после разрушения на растяжение при криогенной температуре.

( A ) Оптическая микроскопия области вблизи поверхности излома, в которой вдоль границ зерен наблюдали несколько микротрещин (как показано желтыми стрелками). ( B ) Карта границ двойников, показывающая типы близнецов вблизи поверхности разлома [в соответствии с цветами, показанными на (G)].( C ) и ( D ) — это карта IPF и карта границ двойников, показывающая один типичный пример микротрещин, образующихся в точках, где двойники {11-24} блокировались на границах зерен. ( E ) Профиль угла разориентации, в котором явный пик был обнаружен при 77 °, подтверждая преобладание двойников {11-24} в Ti-0.3O, деформированном при криогенной температуре. ( F ) Изображение HRTEM (от оси зоны [-5143]) одного близнеца {11-24}, поднятое из прямоугольной области на (B) методом сфокусированного ионного пучка (FIB).( G ) Цвета, используемые на панелях B и D.

Чтобы лучше понять аномальное поведение близнецов {11-24}, мы изучили взаимодействие между кислородом и границами двойников (TB) с помощью атомистического моделирования. Предыдущие экспериментальные ( 5 ) и вычислительные ( 36 , 37 ) исследования показали, что растворенные вещества кислорода имеют тенденцию подавлять наиболее часто наблюдаемые {10-12} двойники при низких температурах в Ti. Это подавление объясняется привлекательной связью между кислородом и TB, что приводит к закреплению и, следовательно, более медленному росту {10-12} TB ( 36 , 37 ).Здесь мы смоделировали {10-11}, {10-12}, {11-21}, {11-22} и {11-24} TB и вычислили энергию взаимодействия кислорода с каждой границей, используя упомянутый потенциал MEAM. вышеуказанные расчеты при температуре 0 K (подробности моделирования см. в дополнительных материалах). Мы обнаружили, что, хотя кислород притягивается к {10-11}, {10-12} и {11-21} TB, для кислорода неблагоприятно выделяться в {11-22} и {11-24} ТБ, а значит, и кислород предпочитает оставаться в массе. Этот результат согласуется с преобладанием двойников {11-24} и {11-22}, экспериментально наблюдаемым на образцах с более высокой концентрацией кислорода (рис.5). Другими словами, отсутствие притяжения O к двойникам {11-24} и {11-22} означает, что при высоких напряжениях эти типы двойников могут расти при высоких концентрациях кислорода в отличие от других, более часто наблюдаемых двойниковых мод.

Резюме и выводы

Принимая во внимание систематическое влияние кислорода на морфологию дислокаций и фракцию двойникования, а также тип двойникования, можно представить механистическую картину чувствительности механических свойств титана к кислороду.Мы можем приписать происхождение температуры, скорости деформации и чувствительности к содержанию кислорода плоскостности скольжения в сплавах Ti-O скорее движению атомов кислорода, чем наличию SRO. Модель ISM обеспечивает объяснение наблюдаемой чувствительности к температуре и скорости деформации плоского скольжения в сплавах Ti-O, которое включает конкурирующие эффекты перемещения межузельного кислорода дислокациями и последующие прыжки метастабильного межузельного кислорода к стабильному участку. Эта модель может также применяться к другим системам сплавов, содержащих растворенные вещества внедрения, которые сильно взаимодействуют с соответствующими дислокациями.Увеличение плоского скольжения и подавление деформационного двойникования с увеличением содержания кислорода приводит к отсутствию способности к деформационному упрочнению у сплавов Ti-O. В крайнем случае высокого содержания кислорода, низкой температуры и, следовательно, высокого напряжения текучести, сплав Ti-0.3O генерирует необычный двойник {11-24} типа, который приводит к межкристаллитному растрескиванию и объясняет происхождение эффекта отравления кислородом в криогенных условиях. условия. Этот результат подчеркивает необходимость дальнейшей теоретической работы и моделирования, чтобы понять фундаментальные механизмы аномально усиленного двойника {11-24} путем рассмотрения взаимодействий между атомами кислорода и TB.

Наши результаты показывают, что стратегии проектирования сплавов, которые прерывают процесс межузельного перемешивания (например, увеличение энергии метастабильных гексаэдрических узлов путем настройки параметров решетки с помощью легирования замещения), могут заметно увеличить межузельный допуск титановых сплавов. Кроме того, следует применять методы, способствующие либо обычному деформационному двойникованию, либо подавлению двойникования {11-24}, если желательны применения при криогенных температурах. В отличие от локализации деформации, вызванной SRO, которая обнаруживается в системах Ti-Al ( 16 ), чувствительность к скорости деформации плоского скольжения в сплавах Ti-O также подразумевает, что эффект упрочнения, обеспечиваемый межузельными атомами, имеет большое преимущество для ползучести. производительность (низкие скорости деформации) без ущерба для пластичности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Обработка материалов и испытание механических свойств

Три слитка Ti с различным содержанием кислорода (0,05, 0,10 и 0,30 мас.%) Были предоставлены TIMET, Великобритания, которые будут называться чистым Ti, Ti- 0,1O и Ti-0,3O здесь и далее для простоты. Подробный химический состав трех слитков приведен в таблице S1. Слитки были дважды плавлены в аргоновой дуге, а затем выкованы в квадратные бруски при 1125 ° C перед закалкой в ​​воде. Затем прутки прокатывали при 900 ° C и отжигали при 800 ° C в течение 1 часа.После отжига материалы характеризовались полностью равноосной микроструктурой со средним размером зерна ~ 60 мкм и почти без дислокаций. Они будут использоваться в качестве исходной микроструктуры для последующих испытаний механических свойств и определения характеристик микроструктуры.

Образцы для микропластического растяжения в форме костей собаки с расчетной длиной 5,0 мм, шириной 1,6 мм и толщиной 0,8 мм были приготовлены из отожженных материалов с помощью электроэрозионной обработки. Испытания на одноосное растяжение были выполнены на системе критериев MTS (модель 43) с начальной скоростью деформации 10 −3 с −1 как при комнатной температуре (~ 300 K), так и при криогенной температуре (~ 100 K).Для испытаний на растяжение при комнатной температуре растягивающие напряжения обеспечивались системой MTS, в то время как деформации растяжения точно измерялись методом корреляции цифровых изображений (DIC). Поверхности образцов с микропрочным растяжением были опрысканы белыми и черными контрастными частицами, которые служили маркерами для анализа ДИК. Во время испытаний на растяжение изображения образцов с микропрочным растяжением были получены камерой устройства с зарядовой связью (ПЗС), которые впоследствии были проанализированы с помощью коммерческого программного обеспечения Vic-2D.Точная пластическая деформация (деформация по Мизесу) образца при растяжении может быть получена путем отслеживания положения маркеров. Для испытаний на растяжение при криогенных температурах был разработан специальный пластиковый контейнер, который позволил полностью погрузить как образцы на растяжение, так и зажимные приспособления в жидкий азот на протяжении всего процесса испытания на растяжение. Перед испытаниями на растяжение образцы выдерживали в жидком азоте в течение 10 мин для гомогенизации температуры. Деформации растяжения, заданные системой MTS, коррелировали с использованием данных деформации при комнатной температуре (полученных методом DIC), предполагая неизменный модуль Юнга при двух температурах испытаний.Для каждого сплава было испытано не менее трех образцов при каждой температуре деформации для подтверждения воспроизводимости механических свойств.

Для анализа морфологии дислокаций была проведена еще одна серия экспериментов по прерывистой деформации растяжения при трех различных температурах (500, 300 и 100 K) и четырех различных скоростях деформации [10 −5 с −1 , 10 — 3 с -1 , 10 -1 с -1 и 2 с -1 (максимальная скорость деформации, которая была достигнута в системе MTS для геометрии образца, использованной в этом исследовании)].Все образцы были деформированы растяжением до пластической деформации 4,0%, а затем разгружены для последующей характеристики микроструктуры. Кроме того, сплав Ti – 6 мас.% Al с активированным SRO (старением при 420 ° C в течение 120 часов) также деформировался растяжением при некоторых из вышеупомянутых условий деформации. Подробную информацию об истории обработки сплава Ti – 6 мас.% Al, а также прямую визуализацию SRO можно найти в другом месте ( 20 ). Для анализа морфологии дислокаций в каждом образце проверяли не менее 30 зерен.Особое внимание уделялось дислокациям внутри зерен, а дислокации вблизи границ зерен избегали.

Подготовка образцов и метод определения характеристик

Поверхности образцов, разрушенных при растяжении, были отшлифованы и механически отполированы наждачной бумагой из карбида кремния (от P160 до P4000). Окончательную электрополировку в растворе 6% хлорной кислоты и 94% метанола проводили при -40 ° C с напряжением ~ 30 В в течение 30 с. Характеристики дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD) были выполнены на участках, близких к боковым поверхностям излома, с использованием системы TSL, присоединенной к сканирующей электронной микроскопии (SEM) FEI Strata 235 с автоэмиссионной пушкой, работающей при ускоряющем напряжении 20 кВ.Собранные данные были проанализированы с помощью программного обеспечения TSL-OIM. На том же оборудовании были проведены исследования SEM перпендикулярно поверхностям излома при растяжении.

Образцы для ПЭМ-исследований были приготовлены из образцов после прерывистой деформации растяжением. Деформированные образцы сначала подвергали механической полировке до толщины ~ 100 мкм. Толщина была дополнительно уменьшена стандартным методом двухструйной электрополировки с использованием устройства Fischione (модальный 110) при -40 ° C с использованием напряжения ~ 30 В в растворе 6% хлорной кислоты и 94% метанола.ПЭМ-характеристика морфологии дислокаций проводилась на ПЭМ JEOL 3010, работающем при 300 кВ. Для характеристики двойника {11-24}, обнаруженного в сплаве Ti-0.3O, разрушающемся при криогенной температуре, образец ПЭМ был подготовлен методом извлечения из области сканирования EBSD с использованием двухлучевого FIB FEI Helios G4 UX. Измерение характеристик двойника {11-24} методом HRTEM было выполнено на ПЭМ FEI TitanX 60-300, работающем при 300 кВ.

Вычислительный метод

Модифицированные вычисления GSF .В расчетах энергии GSF ( 38 ) рассматривается континуум возможных дефектов упаковки и формируется энергетическая поверхность, представляющая их. Представленный здесь метод модифицирован для исследования межузельных эффектов путем последовательного выполнения расчетов (каждая конфигурация входа зависит от предыдущего выхода) и поиска вдоль пути в направлении вектора Бюргерса через поверхность энергии дефекта упаковки с допустимыми релаксациями перпендикулярно. к вектору Бюргерса.Этот подход позволяет исследовать стерические взаимодействия между кислородными междоузлиями и проскальзыванием дислокаций, изолированными от эффектов ядра дислокации и без необходимости использования дорогих конфигураций квадрупольных дислокаций. Это также решает вопрос о том, где разместить межузельный слой кислорода, который возник бы, если бы вся энергетическая поверхность дефекта упаковки была рассчитана с каждой конфигурацией, инициированной независимо. В конструкции GSF выбрана представляющая интерес плоскость скольжения, и была построена суперячейка длинной (не менее 30 Å) в направлении, нормальном к этой плоскости, с перпендикулярными направлениями, как правило, короче.Суперячейка имеет периодические границы в направлениях, содержащихся в плоскости скольжения, но непериодическая (с использованием вакуумного слоя не менее 15 A в расчетах методом DFT на основе плоских волн) перпендикулярна плоскости скольжения. Одиночный атом кислорода помещается в октаэдрическую позицию на плоскости скольжения, которая выбрана посередине сверхъячейки.

Расчет происходит следующим образом:

(1) положения атомов полностью релаксированы,

(2) атомов выше плоскости скольжения смещены на долю вектора Бюргерса по сравнению с приведенными ниже,

(3) ограниченная релаксация позиций атомов,

(4) повторяют (2) и (3) до полного проскальзывания.

Поскольку атом кислорода находится в плоскости скольжения, он смещается на половину размера шага, чтобы избежать смещения его релаксации. Во время вынужденной релаксации атомам титана позволяют расслабиться в плоскости, перпендикулярной вектору Бюргерса. Причина, по которой это позволяет максимально расслабиться, наиболее точно отражает реальные условия. Однако, если атомам позволить релаксировать вдоль вектора Бюргерса, они могут просто отменить приложенное скольжение. Атому кислорода всегда позволяют расслабиться без ограничений.Параметры решетки сохраняются фиксированными с тем обоснованием, что в массивном кристалле большой недеформированный объем будет ограничивать размеры области вокруг дислокации или дефекта упаковки. Модификация, введенная здесь, чтобы позволить плоскую релаксацию атомов титана, является важной, поскольку новые результаты, представленные ниже, происходят только в том случае, если эта релаксация разрешена.

Энергия ( E ) выводится после каждой релаксации, и энергия GSF на каждом шаге вычисляется следующим образом: GSF (λ) = E (λ) −E (λ = 0) A, где λ — доля скольжения вдоль Вектор Бюргерса и A — это площадь плоскости скольжения на суперячейку.

Расчеты дислокаций . Расчеты конфигураций квадрупольных дислокаций были инициированы введением двух винтовых дислокаций типа < a > с вектором Бюргерса a <11-2¯0> / 3 (противоположного знака для двух дислокаций) в чистый Ti суперячейка желаемого размера, используя метод Дау ( 39 ) и учитывая искажения из-за дислокаций, как предписано Lehto et al. ( 40 ).

Для измерения углов изгиба дислокаций мы построили шесть конфигураций, используя метод Cai et al. ( 41 ), модифицированный для включения однородно напряженных слоев на поверхностях для подавления сил изображения на дислокации. Суперячейки содержали 1 806 336, 3 612 672 и 5 419 008 атомов титана и 1 атом кислорода, помещенный в плоскости скольжения дислокации [один случай октаэдрического размещения и один случай размещения кислорода в узле базисной плоскости (гексаэдрическом) были рассмотрены для каждого размера суперячейки].Три размера суперъячейки различались только длиной в направлении линии дислокации (которая соответствовала длине между центрами пиннинга кислорода) и составляли 281, 563 и 845 A. Мы выполнили моделирование MD с постоянной скоростью деформации для каждой ячейки моделирования при нулевой температуре со скоростью деформации 8,17 × 10 6 с -1 .

Вычислительные настройки . Все расчеты DFT были выполнены с использованием пакета моделирования Vienna ab initio ( 42 ). Использовался метод проекторно-усиленной волны ( 43 ), в расчетах не использовалась спиновая поляризация.Титановый потенциал формы Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) ( 44 ) аппроксимации общего градиента (GGA), включая 3d 2 4s 2 3p 6 электронов в качестве валентности, использовался для всех последующих DFT. расчеты. Использовали потенциал PBE для кислорода средней жесткости. Использовалась схема размытия второго порядка Метфесселя-Пакстона ( 45 ) с шириной размытия 0,2 эВ. Энергия отсечки для базиса плоских волн составляла 400 эВ для модифицированных расчетов GSF с участием только титана, 520 эВ для модифицированных расчетов GSF, которые включали атомы кислорода, и 600 эВ для расчетов с учетом дислокаций.Петли самосогласования электронной структуры прекращались при допуске энергии 10 −5 эВ, а ионная релаксация прекращалась при допуске энергии 10 −4 эВ для модифицированных расчетов GSF и допуске силы 0,02 эВ / Å для расчетов дислокаций. . K-точечные сетки для модифицированных расчетов GSF были созданы с использованием сервера сетки k-точек ( 46 ) с минимальным расстоянием по сетке в реальном пространстве 37 Å, а для расчетов дислокаций использовалась сетка с Γ-центром размером 1 × 1 × 5. .Было продемонстрировано, что этих параметров достаточно для захвата соответствующей информации об этих структурах ядра дислокации ( 47 ). В расчетах ближнего порядка использовался тот же потенциал, что и выше. При расчете силовой постоянной, сил Канзаки, модуля упругости и коэффициентов расширения решетки использовалось ограничение по энергии для плоских волн 600 эВ, и эти силы сводились к 0,001 эВ / Å. В экспериментах по расширению кластера, где важна только энергия, использовалось ограничение по энергии 520 эВ и силы сводились к 0.015 эВ / Å. Ни одно моделирование не было поляризованным по спину.

Классические вычисления потенциала были выполнены с использованием крупномасштабного атомно-молекулярного массово-параллельного симулятора (LAMMPS) ( 48 ). Потенциал MEAM ( 26 ) Hennig et al. ( 49 ) использовался для расчетов чистого Ti, а также тесно связанный потенциал для систем Ti-O Zhang et al. ( 50 ). Было показано, что этот потенциал точно отражает относительные энергии важных межузельных узлов кислорода в титане (октаэдрических, гексаэдрических и краудион), а также барьеров между этими узлами ( 50 ).Релаксацию проводили при нулевой температуре и прекращали, когда норма сил на всех атомах была меньше 10 -4 эВ / Å.

Благодарности: Мы хотели бы поблагодарить TIMET за производство модельных сплавов и D. Rugg из Rolls Royce, Великобритания, за полезные обсуждения проекта. Финансирование: Мы благодарны Управлению военно-морских исследований США за финансирование в рамках гранта № N00014-16-1-2304 и N0014-19-1-2376. Работа в Molecular Foundry была поддержана Управлением науки Управления фундаментальных энергетических наук Университета им.S. Министерство энергетики по контракту № DE-AC02-05Ch21231. Вычислительные ресурсы были предоставлены программой Berkeley Research Computing в Калифорнийском университете в Беркли. В этой работе использовались вычислительные ресурсы, предоставленные Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), которая поддерживается Национальным научным фондом в рамках гранта № ACI-1053575. Вклад авторов: Y.C., R.Z., M.P., and A.M.M. подготовил рукопись, которую рецензировали и редактировали все авторы; Ю.К., Р.З. и С.З. провели испытания на растяжение; Y.C. и Р.З. проанализировали данные о растяжении; Y.C. провели характеристику томографии переломов; Ю.К., Р.З. и С.З. провели ТЕМ-эксперименты; Y.C. и С.З. провели эксперименты EBSD и анализ границ двойников; M.P., E.R., D.C.C. и M.A. провели теоретические расчеты дислокационных кислородных взаимодействий; D.L.O. и M.A. провели расчет ближнего порядка; M.S.H. и М.А. провели моделирование деформационных двойников.Управление проектом, надзор и получение финансирования осуществлялись M.A., D.C.C., J.W.M.J. и A.M.M. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах. Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

Лучшие титановые велосипеды: как они сделаны и почему вам может понадобиться один

Титан — лучший металл для многих аэрокосмических применений.Это вдвое меньше веса стали для трубы с таким же пределом прочности на разрыв и вдвое большей прочности, чем у алюминиевого сплава. Титан также более устойчив к усталости и ударам, чем алюминиевые сплавы, поэтому лучше справляется с ударами и ударами. Титановые велосипеды, если они занимают нишу, высоко ценятся по сравнению с алюминиевыми и карбоновыми рамами.

>>> Ваш следующий байк должен быть из карбона, алюминия, стали или титана?

Еще одно преимущество титановой рамы в том, что она не подвержена коррозии, в отличие от стали.Как правило, титановые оправы имеют неокрашенную матовую отделку, часто с зеркальными бликами, демонстрирующими характерный серый блеск металла, хотя при желании вы можете заказать окрашенную титановую оправу.

Ищете что-то другое? Выезд:

Вот наш выбор титановых велосипедов и рам, которые стоит рассмотреть, хотя, конечно, есть и множество других вариантов.

Титановые велосипеды, которые стоит рассмотреть

Enigma Etape

Обладатель награды «Выбор редакции Cycling Weekly » в 2018 году, шоссейный велосипед Enigma Etape Endurance подходит для шин диаметром до 35 или 32 мм с брызговиками.Все кабели полностью закрыты и проходят снаружи, что упрощает обслуживание и при этом защищает их от непогоды. Кабель динамо-машины проходит через правую ножку вилки и крепления стойки, поэтому вы можете настроить Etape для поездок на дальние расстояния.

Купить сейчас: Enigma Etape Ultegra от Enigma Cycles от 3999,99 фунтов стерлингов

Набор рам Kinesis GTD

Британский бренд Kinesis уже давно использует титановые рамы в своей линейке. Мы рассмотрели его предыдущий набор фреймов GFTI Disc, который теперь был заменен последней версией GTD V2.Он обладает классическими характеристиками для длинных поездок, включая полностью закрытую кабельную разводку, легко обслуживаемый нижний кронштейн, дисковые тормоза и множество креплений. Углеродная вилка имеет внутреннюю прокладку троса динамо-машины, и существует семь размеров от 48 см до 60 см, что подойдет любому райдеру.

Купить сейчас: Набор рам Kinesis GTD от ProBikeKit за 1980 фунтов стерлингов

Рибл Endurance Ti

Один из двух титановых велосипедов в линейке Ribble, наряду с гравийным велосипедом CGR Ti, Endurance Ti Disc стоит от 2299 фунтов стерлингов и дает вам геометрию Ribble на длинные дистанции вместе с гидравлическим дисковым тормозом Shimano 105 для быстрой и стабильной езды.Как и во всех велосипедах Ribble, здесь есть возможности для апгрейда и индивидуальные настройки.

Купить сейчас: Ribble Endurance Ti Disc от Ribble от 2299 £

Ван Николас Вентус SE

Обновленный Van Nicholas Ventus с дисковыми тормозами и внутренней разводкой

Когда мы рассматривали Ventus, байк начального уровня Van Nicholas, нам понравился его плавный ход и мы оценили разумную цену за титан. Van Nicholas обновил Ventus в соответствии с современным дизайном велосипеда, добавив дисковые тормоза, сквозные оси, внутреннюю прокладку кабелей и другие технологии, которые используются в более дорогих моделях.

Купить сейчас: Ван Николас Вентус из Ван Николаса от 2264 £

Титановые велосипеды: все, что вам нужно знать

Как изготавливаются титановые велосипеды?

Рамы шоссейных велосипедов изготовлены из сплава титана с другими металлами, обычно алюминием и ванадием, в различных пропорциях в зависимости от желаемых физических свойств, которые улучшают долговечность и физические свойства по сравнению с чистым металлом. Производители каркасов часто ссылаются на трубы «аэрокосмического качества».

>>> Алюминиевые шоссейные велосипеды: пятерка лучших

Наборы титановых трубок могут быть подвергнуты холодной вытяжке, а также гидроформованию, как алюминиевый сплав.Таким образом, хотя некоторые титановые рамы могут поставляться с круглыми основными трубками с внешней прокладкой кабелей, наборы трубок могут иметь другие формы и допускать внутреннюю прокладку кабелей. Ярким примером этого являются комплекты рам Helix от Lynskey, в которых используются спирально закрученные трубы, которые, по словам Лински, помогают противостоять скручивающим силам.



Как и в случае с любым другим металлическим каркасом, трубы каркаса перед сваркой обрезаются по длине и под углом. Сварка комплектов титановых трубок сложнее, чем изготовление каркасов из сплавов, поскольку титан вступает в реакцию с кислородом.Таким образом, выполнение сварных швов может занять до пяти часов работы. Затем на трубке должна быть нарезана резьба, чтобы установить компоненты, прикрученные и прикрученные к раме, и добавить окончательную отделку и логотипы.

В рамке AllRoad Caminade используются титановые трубы, вклеенные в угольные проушины

Хотя большинство комплектов рамок из титана сварные, есть и другие варианты. Французский производитель рам на заказ Caminade предлагает несколько вариантов, в том числе комплект рам AllRoad, в котором используются титановые трубы, вклеенные в карбоновые проушины, что является более экономичным вариантом, чем полностью сварные титановые рамы.

Как ездят титановые велосипеды?

Титан имеет более высокую способность к деформации в ответ на неровности дороги, чем другие металлы, используемые для изготовления велосипедных рам. Это означает, что правильно спроектированная титановая рама будет лучше справляться с ухабистыми поверхностями, что приведет к более комфортной поездке. Титановая рама обычно сочетается с карбоновой вилкой для повышения комфорта на дороге.

>>> Ваш следующий шоссейный велосипед должен быть из карбона, алюминия, стали или титана?

Есть несколько производителей оправ, таких как Moots, Van Nicholas, Lynskey и Pilot, которые специализируются на титановых оправах.Другие, такие как Ribble, Kinesis и Enigma, продают титановые рамы вместе с вариантами из сплава и стали.

Титановые велосипеды: взгляд дизайнера

Одна марка, которая имеет две титановые рамы в линейке из алюминия и стали, — это Mason Progressive Cycles. Его вездеход Bokeh доступен как из титана, так и из алюминия, а сверхпрочный байк Aspect — только из титана. На оба титановых велосипеда есть лист ожидания, каждый из которых изготовлен на заказ.

Mason Cycles производит всего пять наборов фреймов Bokeh Ti в месяц

Но, говорит Дом Мейсон, владелец и дизайнер Mason: «Для выносливости, AdventureSport, внедорожного велосипеда, такого как BokehTi, титан почти идеален. Он легкий, прочный, удобный и при правильной конструкции дает невероятный отклик и тягу ».

>>> Стальные байки: лучшее из британского металла

Более сложные комплекты трубок, доступные в настоящее время, означают, что поездку можно настроить так, чтобы обеспечить характеристики, необходимые для преодолеваемого типа местности.

>>> Линейка велосипедов Ritchey

Дом Мейсон — поклонник ездовых качеств из титана

«Титановые оправы, изготовленные около 10–15 лет назад, когда-то производили на них довольно« аппетитный »вид, — продолжает Мейсон. «Ограниченное количество доступных наборов трубок означало, что конструкция рамы была главным фактором комфорта, но они, как правило, казались довольно« мягкими »и гибкими при выходе из седла и плохо отслеживали и не снижали мощность.

«Мы разрабатываем свой путь к желаемым качествам езды, работая в тесном и непосредственном сотрудничестве с производителем трубок, Dedacciai, и с Reynolds UK, которые напечатали на 3D-принтере наши титановые дропауты с сквозной осью / плоским креплением», — говорит Мейсон.

>>> Дорожные велосипеды из карбона: что делает карбон хорошего качества и пять велосипедов, на которые стоит обратить внимание

Как и в случае с любым другим материалом, правильная езда требует тщательного проектирования: мы тестировали как чрезмерно жесткие, так и «ненормальные» титановые велосипеды.

Руководство по 3D-печати с использованием титана

18 июн 2019

Благодаря преимуществам сокращения отходов материала и способности создавать легкие конструкции, 3D-печать титаном находит свою нишу во многих отраслях промышленности.

Титан обладает превосходными свойствами материала, но его высокая стоимость исторически ограничивала его использование в высокоценных областях авиакосмической промышленности. Теперь, когда металлическая 3D-печать становится все более и более жизнеспособным методом производства, эта технология делает титан более доступным для таких отраслей, как медицина, автомобилестроение и автоспорт.

Сегодняшний пост посвящен тому, что делает титан хорошим выбором для 3D-печати, технологиям, поддерживающим этот материал, а также ключевым промышленным приложениям.

Уникальные свойства титана
Сектор Недвижимость Приложения
Aerospace Коррозионная стойкость
Высокое отношение прочности к массе
Устойчивость к высоким температурам
Конструкции планера и крыла
Меньшие детали, такие как лопатки компрессора, роторы и другие компоненты газотурбинных двигателей
Медицинский Превосходная прочность
Биосовместимость (нетоксичная, неаллергенная)
Ортопедические устройства, такие как имплантаты позвоночника, бедра и колена.
Автомобилестроение и автоспорт Коррозионная стойкость
Высокое соотношение прочности и веса
Устойчивость к высоким температурам
Тормозные суппорты, кронштейны, колесные диски, стойки.

Подумайте о прочности, легкости и устойчивости к коррозии, и вы поймете, что делает титан таким востребованным материалом. Титан известен своими превосходными свойствами материала — таким же прочным, как сталь, но с плотностью всего 60%.

Высокое соотношение прочности и плотности титана, хорошая коррозионная стойкость и химическая стойкость делают его особенно востребованным для высокопроизводительных отраслей промышленности, таких как аэрокосмическая и оборонная.

Здесь титановые сплавы используются в приложениях, где требуются легкие детали, способные сохранять свои механические свойства при высоких температурах.

Титан также известен своей биосовместимостью, что делает его идеальным выбором для медицинских применений, таких как имплантаты.

Однако, хотя титан обладает рядом преимуществ, он остается относительно дорогим материалом. Это связано с тем, что металл добывается в относительно небольших количествах, а обработка сырого титана остается сложной задачей, что делает этот материал значительно более дорогим, чем альтернативные металлы, такие как сталь.

Что делает титан подходящим для 3D-печати?

Титан может быть трудным металлом в обработке, особенно когда дело касается механической обработки. Во-первых, у титана низкая теплопроводность. Это означает, что при обработке, например, на станке с ЧПУ, выделяемое тепло сохраняется в инструменте с ЧПУ, что может привести к быстрому износу инструмента.

Кроме того, поскольку механическая обработка включает в себя резку и удаление материала, процесс может привести к образованию большого количества отходов материала.В результате многие компании ищут лучшие альтернативы производству титановых деталей.

Металл 3D-печать оказывается такой жизнеспособной альтернативой.

При 3D-печати металлом наиболее часто используемый сорт титана — это сплав Ti6Al4V (Ti64). Помимо Ti64, также можно выполнять 3D-печать из чистого титана.

Преимущества 3D-печати титаном


3D-печать на титане дает множество преимуществ.

В аэрокосмической отрасли использование деталей для 3D-печати из титана часто помогает снизить соотношение покупаемых товаров и услуг. Термин, пришедший из аэрокосмической промышленности, относится к соотношению между весом первоначально закупленного материала и весом готовой детали.

В традиционном производстве, например, титановые компоненты самолетов могут иметь соотношение закупок и продаж от 12: 1 до 25: 1. Это означает, что для производства 1 кг деталей требуется 12-25 кг сырья.В этом сценарии обрабатывается до 90% материала.

Металл 3D-печать может снизить это соотношение для титановых компонентов до 3: 1 и 12: 1. Это связано с тем, что в 3D-принтерах по металлу обычно используется только необходимое количество материала, необходимого для создания детали, что приводит к незначительным отходам от несущих конструкций. Для дорогостоящего материала, такого как титан, экономия за счет этого пониженного отношения покупательной способности к лету может быть весьма значительной.

Аддитивное производство также может улучшить легкие свойства титана благодаря оптимизации топологии.Используя программное обеспечение для оптимизации топологии, инженеры устанавливают определенные требования, такие как ограничения по нагрузке и жесткости, а затем позволяют программному инструменту оптимизировать первоначальный проект в соответствии с этими требованиями. Благодаря этой оптимизации любой ненужный материал удаляется из конструкции, создавая более легкий, но прочный компонент.

Топологически оптимизированные конструкции часто можно изготавливать только с помощью аддитивных производственных технологий. Это преимущество особенно ценится в аэрокосмической отрасли, где легкие титановые детали, напечатанные на 3D-принтере, могут снизить вес и улучшить характеристики самолета.

Какие технологии поддерживают титан?

Три метода металлической 3D-печати, наиболее часто используемые для создания титановых деталей, — это прямое энергетическое осаждение (DED), электронно-лучевая плавка (EBM) и селективная лазерная плавка (SLM).

Прямое нанесение энергии

Первые попытки 3D-печати титана начались в 1997 году в Aeromet Corporation, которая использовала технологию DED для производства деталей для аэрокосмической промышленности.

В DED источник энергии высокой интенсивности, такой как лазер или луч, используется для плавления титанового порошка (или проволоки), когда он наносится через сопло на подложку.Ключевым преимуществом здесь является возможность изготавливать большие детали при относительно высокой скорости наплавки материала (до 320 куб. См / ч).

Сегодня существует множество разновидностей технологии DED, включая аддитивное производство электронно-лучевого излучения (EBAM) и проволочно-дуговое аддитивное производство (WAAM) компании Sciaky.

Электронно-лучевое плавление

Шведская компания Arcam разрабатывает технологию EBM для создания титановых имплантатов и аэрокосмических компонентов, напечатанных на 3D-принтере. В EBM электронный луч направляется на слой металлического порошка, плавясь и сплавляя его с предыдущим слоем.

EBM считается более точным, чем DED, и подходит для небольших сложных деталей. Примечательно, что процесс EBM происходит в вакууме и при высокой температуре. Это приводит к минимальным остаточным напряжениям в деталях, напечатанных на 3D-принтере, что также означает, что детали не требуют последующей термообработки.

В 2013 году Arcam выпустила две машины AM, Arcam Q10 и Arcam Q20, нацеленные на производство ортопедических имплантатов и аэрокосмическую промышленность соответственно. Arcam Q20 специально разработан для работы со сплавом Ti6Al4V.

Arcam также выпустила 3D-принтер Arcam Spectra H, способный печатать новые склонные к образованию трещин титановые сплавы, такие как алюминид титана.

Селективное лазерное плавление

Как и EBM, SLM представляет собой процесс плавления в слое порошка, хотя он использует лазерный луч вместо электронного луча для плавления и сплавления слоев металлического порошка. Толщина одного слоя в процессе SLM может достигать 20 микрон, что делает эту технологию намного более точной по сравнению с DED и EBM.

Применение титановой 3D-печати

Aerospace доминирует в ключевых областях применения титановой 3D-печати. Тем не менее, другие отрасли, такие как медицина, автоспорт, химическая и морская промышленность, также начинают исследовать технологию производства титановых компонентов.

Аэрокосмическая промышленность

Для аэрокосмических компаний 3D-печать титаном помогает снизить вес высоконагруженных конструкций, что делает его чрезвычайно подходящим для реактивных двигателей, газовых турбин и многих компонентов планера.

Многие крупнейшие аэрокосмические компании используют титановые детали, напечатанные на 3D-принтере, в своих самолетах.

Liebherr-Aerospace & Transportation SAS

Используя титановую 3D-печать, компания Liebherr снизила вес кронштейна на 29% и повысила его жесткость [Изображение предоставлено Liebherr Aerospace]


Например, поставщик аэрокосмической продукции Liebherr-Aerospace & Transportation SAS начал серийное производство кронштейна Напечатанные на 3D-принтере кронштейны передней опоры шасси из титана для Airbus A350 XWB ранее в этом году.Эти кронштейны станут первыми деталями Airbus, которые будут производиться из титана, напечатанного на 3D-принтере.

Боинг и Норск Титан

Boeing тоже сделал ставку на 3D-печать титаном. С 2015 года Boeing в партнерстве с норвежской компанией Norsk Titanium, занимающейся 3D-печатью металла, производит крупные конструкционные титановые компоненты для 787 Dreamliner. В 2017 году они прошли квалификацию FAA для безымянной титановой детали, изготовленной с помощью запатентованной технологии Norsk Rapid Plasma Deposition (RPD).
Деталь Norsk Titanium, напечатанная на 3D-принтере и обработанная на станке [Изображение предоставлено: Norsk Titanium]


Основываясь на процессе DED, RDP использует титановую проволоку с плазменными горелками для печати больших титановых конструктивных элементов. Сообщается, что эта технология в 50-100 раз быстрее, чем системы на основе порошка, и использует на 25-50% меньше титана, чем процессы ковки. Ускорение сроков выполнения заказа и сокращение отходов материалов могут сэкономить Boeing до 3 миллионов долларов на один самолет.

В настоящее время 3D-печать титаном изучается в основном для небольших компонентов самолетов, таких как кронштейны и корпуса.Однако в будущем его использование может расшириться на гораздо более крупные структурные компоненты, чему способствует экономия веса, стоимости и времени разработки.

Медицинский

Титан нетоксичен, обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, что делает его привлекательным материалом для ортопедических и дентальных имплантатов.

При использовании 3D-печати производители медицинского оборудования могут создавать имплантаты со сложной пористой структурой. Примечательно, что эти структуры имитируют структуру костей человека, поэтому костные клетки распознают ее как основу, через которую они могут расти.

Титановые спинномозговые имплантаты Osseus
Устройство для межтелового спондилодеза Osseus, изготовленное с использованием титановой 3D-печати [Изображение предоставлено: Osseus]


Одна из компаний, разрабатывающих такие устройства, — американская компания Osseus Fusion System. Его титановые спинномозговые имплантаты, напечатанные на 3D-принтере, называемые Aries-L Interbody Fusion Devices, имеют запатентованную многоосевую сетку и оптимизированную топологию микроповерхностей, что позволяет костям быстрее срастаться. Чтобы сделать такие сложные функции возможными, Osseus печатает свои устройства Aries на сертифицированном FDA 3D-принтере SLM.

Использование титановой 3D-печати для ортопедических устройств, таких как имплантаты позвоночника, бедра и колена, растет. Согласно недавнему отчету Smartech, к 2020 году медицинские применения титана, напечатанного на 3D-принтере, будут составлять около 274000 кг титана. Это дает очень хорошие перспективы для 3D-печати титаном в медицинской промышленности.

Автомобили и автоспорт

Титановый тормозной суппорт Bugatti

[Изображение предоставлено Bugatti]


По сравнению с аэрокосмической и медицинской отраслью автомобильная промышленность не так быстро внедрила титановую 3D-печать.Несмотря на те же преимущества, потребительский автомобильный рынок очень заботится о затратах, что ограничивает использование этого дорогостоящего материала в большинстве автомобилей.

В настоящее время детали, напечатанные на 3D-принтере из титана, можно найти в гоночных автомобилях и автомобилях класса люкс, где вес и производительность являются важными факторами.

Одним из наиболее ярких примеров использования титановой 3D-печати в автомобилестроении является тормозной суппорт Bugatti, разработанный для его суперкара Bugatti Chiron.

Тормозной суппорт, являющийся неотъемлемой частью тормозной системы, имеет размеры 41 x 21 x 13.6 см и был напечатан на 3D-принтере за 45 часов с использованием технологии SLM. Говорят, что готовая деталь примерно на 40% легче, чем обработанная алюминиевая альтернатива.

В прошлом году компания успешно протестировала тормозной суппорт, доказав, что он может соответствовать экстремальным требованиям по прочности, жесткости и температуре.

Помимо тормозного суппорта, Bugatti использовала титановую 3D-печать при производстве активного кронштейна спойлера. В сотрудничестве с Siemens деталь была оптимизирована для снижения веса при сохранении прочности, что привело к снижению веса на 53% и повышению жесткости.

Титановые диски HRE, напечатанные на 3D-принтере

[Изображение предоставлено HRE]


Американский производитель колесных дисков, HRE, — еще одна компания, которая извлекает выгоду из 3D-печати на титане. Основная цель HRE заключалась в том, чтобы уменьшить количество материала, расходуемого впустую при производстве колесных дисков.

Используя технологию EBM, HRE 3D напечатал обод колеса сложной формы и добился снижения веса на 19%.

При использовании традиционных методов производства для этого применения отходы материалов могут достигать 80%.HRE утверждает, что в случае 3D-печати потери материала не превышают 5%.

Компания HRE считает обод колеса скорее технологической демонстрацией, чем коммерческим продуктом. Тем не менее, этот проект дает представление о том, что ждет дизайн и производство колес в будущем.

Титановая 3D-печать и автоспорт

В автоспорте 3D-печать титаном играет «критически важную стратегическую роль» в производстве высокопроизводительных и легких транспортных средств, в том числе гоночных.

Один из примеров поступил от студенческой команды Oxford Brookes Formula. В сотрудничестве с Центром производственных технологий Великобритании (MTC) команда переработала стойки автомобиля и изготовила их с использованием технологии EBM. Благодаря этому процессу команда смогла снизить вес на 50%.

Проблемы 3D-печати титаном

Несмотря на преимущества 3D-печати титаном, необходимо учитывать несколько проблем.

Во-первых, это необходимость разработки стандартов использования титана с аддитивными технологиями. Некоторые компании уже делают шаги в этом направлении. В 2018 году Boeing и Oerlikon подписали пятилетнее партнерство, направленное на стандартизацию 3D-печати на титане и обеспечение соответствия печатных компонентов требованиям FAA и DoD к полетам.

Вторая проблема заключается в высокой стоимости титановых порошков. Например, стоимость титанового порошка, оптимизированного для 3D-печати, составляет от 300 до 600 долларов.

Чтобы снизить фактическую стоимость материала на килограмм титана, некоторые производители порошка разработали альтернативные методы производства порошка. Канадская компания PyroGenesis, например, использует систему плазменного распыления NexGen ™, которая производит металлический порошок, включая титан, со скоростью более 25 кг / ч. Более высокие темпы производства позволяют компании производить титан по конкурентоспособным ценам.

Британская компания Metalysis разработала еще один метод производства порошка, который может снизить цены на титан.В этом методе используется форма электролиза для преобразования сырого оксида титана в порошок титана. Ключевые преимущества этой технологии заключаются в ее экологичности и низкой стоимости по сравнению с традиционными методами производства порошков.

В сентябре 2018 года компания Metalysis начала коммерческое производство титановых порошков в дополнение к другим сплавам, стремясь поставлять от 10 до 100 тонн металлических порошков в год.

Если новые методы производства титанового порошка смогут реализовать свой потенциал, средняя цена 1 кг титана может быть снижена на 17% к 2024 году, согласно анализу SmarTech.

Титановая 3D-печать: выигрышная комбинация

Титановая 3D-печать стала ценной технологией в аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности. Основная причина этого — выигрышное сочетание превосходных свойств титана и способности 3D-печати сокращать отходы и создавать сложные и легкие конструкции.

В будущем, по мере того, как стоимость титана снижается и открываются новые возможности, 3D-печать титаном станет отличной производственной альтернативой для гораздо более широкого круга отраслей.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *