Vorbereitung, Verarbeitung und Anwendung von korrosionsbeständigen Titanmatrix -Verbundwerkstoffen

Bekannt als "modernes Metall" und "Weltraummetall", haben Titan- und Titanlegierungen die Eigenschaften einer geringen Dichte, einer hohen Festigkeit, der Korrosionsbeständigkeit und der hervorragenden mechanischen Eigenschaften mit hoher Temperatur und wurden in der Luft- und Raumfahrt, chemische Industrie, immer häufiger eingesetzt. Marine Engineering, Biomedicine und andere Bereiche. Titanlegierungen haben im Laufe der Jahrzehnte der Entwicklung auch viele Durchbrüche erzielt. Die Legierungsmethode hat die Leistung von Titanlegierungen erheblich verbessert, und die Servicetemperatur wurde von 350 bis 600 ° C erhöht, aber in den letzten 30 Jahren konnte sie den Engpass von 600 ° C nicht durchbrechen. Mit der schnellen Entwicklung von Titan in der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen ultrahohe Flüssigkeitsflugzeuge bei ultrahocher Temperatur, hoher Spannung, starker Verschleiß und anderen extremen Bedingungen arbeiten, was strengere Anforderungen an die Festigkeit, die Steifheit, den Wärmefest und die Wärmefestigkeit und die Anforderungen annimmt Andere Eigenschaften von Materialien auf Titanbasis. Eine der effektiven Möglichkeiten, um eine hohe Leistung von Titanlegierungen zu erzielen, besteht darin, mehrdimensionale Whisker- oder/Teilchen-Keramikverstärkungsphase einzuführen und die geordnete räumliche Anordnung zu kontrollieren. Die resultierenden Materialien sind als Titanmatrix-Verbundwerkstoffe (TMCs) bekannt, darunter diese Art von TMCs mit IMI834, Ti1100, Bt36, Ti60, Ti600, Ti65 und anderen nahe α-Typ Titan-Legierung, die auch als Hitze bekannt ist. resistente TMCs (HRTMCS). TIB-, TIC-, TI5SI3- und Seltenerdoxide (wie LA2O3) sind die am häufigsten verwendeten Keramikverstärkungsphasen in TMCs, die normalerweise durch In-situ-Autogenese zwischen Titanmatrix und Reaktanten wie B, Tib2, C, B4C, Si erzeugt werden und Lab6 während des Vorbereitungsprozesses. Durch das Design des flexiblen Zusammensetzungsdesigns, die exquisite Verteilung, die strukturelle Optimierung und die verschiedenen Deformationsbearbeitungsregelung können TMCs die synergistische Kopplung zwischen duktilen Titanlegierungen und hoher Steifheit und hochfestig Widerstand. Die Verwendungstemperatur von HRTMCs wird im Vergleich zur traditionellen Titanlegierung um 50 ~ 200 ° C erhöht, und es wird erwartet, dass die traditionelle Superlegierung in der Nutzungsumgebung von 550 ~ 800 ° C teilweise ersetzt, um einen erheblichen Gewichtsverlust zu erzielen. HRTMCS verfügt über ein breites Anwendungsaussichten und -entwicklungspotenzial in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen, daher war es weithin besorgt.

Da die Temperatur über 600 ° C steigt, ist die signifikante Schwächung der Korngrenzfestigkeit zu einem der Hindernisse geworden, um den Wärmebeständigkeit von TMCs weiter zu verbessern. Obwohl die Verstärkung im Einzelmaßstab die Korngrenzfestigkeit verbessern kann, wird sie bei Raumtemperatur zu größerer Sprödigkeit führen. Die Mehrkomponenten- und Mehrkomponentenverstärkung kann die Korngrenzen effektiv stärken und gleichzeitig die Plastizitätsrückgang lindern. Mit dem eingehenderen Verständnis feiner zusammengesetzter Konfigurationen in biologischen Strukturmaterialien wurde mehr Aufmerksamkeit auf den Effekt von "ungleichmäßigen" Verbundkonfigurationen auf die Stärkung und Härten von Metallmatrixverbundwerkstoffen geschenkt. Die zusammengesetzte Konfiguration ist förderlicher, um den Grad der Freiheit des zusammengesetzten Designs und den synergistischen Kopplungseffekt zwischen verschiedenen Komponenten auszudehnen, um das Potenzial des Wärmewiderstands von TMCs weiter zu untersuchen. Darüber hinaus reduziert die Einführung der Keramikverstärkungsphase die thermische Verarbeitungsleistung von TMCs, sodass die traditionelle thermische Deformationstechnologie, TMCs, die Ertrags- und Produktstabilität nicht ideal sind, die Herstellung großer komplexer Komponenten und Massenproduktion nicht erreichen können. Die Komponenten, die durch nahezu Net -forming -Technologie wie isothermisches Schmieden, Präzisionsguss und additive Fertigung gebildet werden Probleme komplexer Komponenten, damit sie umfassende Anwendungsaussichten haben und Aufmerksamkeit auf sich ziehen.

Neue Materialdesign-Theorien wie Micro-Nano Collaborative Stärkung und Verbundkonfigurationsdesign bieten neue Forschungsideen, um die umfassenden Eigenschaften von HRTMCs weiter zu verbessern. Die immer reifere nahe der Net -forming -Technologie bietet eine neue technische Möglichkeit, um das schwierige Problem der Bildung von HRTMCS -Komponenten effektiv zu lösen. In diesem Artikel werden die Forschungsfortschritts- und Anwendungsbeispiele von HRTMCs aus den Aspekten des Konfigurationsdesigns und der Vorbereitung des Verbundkonfiguration, der nahezu Nettoforming -Verarbeitungstechnologie und der mechanischen Eigenschaften mit hohen Temperaturen untersucht, und die vorhandenen Probleme, die wichtigsten Durchbruchpunkte und die zukünftige Entwicklungsrichtung von HRTMCs sind vorgeschlagen.

Nach Jahren der Forschung wurden große Fortschritte in der Gestaltung, Vorbereitung und Verarbeitung von TMCs erzielt. Durch die ordnungsgemäße Regulierung der Strukturparameter wie Größe, Typ- und Verteilungsmerkmale der Verstärkungsphase und der Matrixstruktur wurden die umfassenden Eigenschaften der Materialien verbessert und die wichtigsten Probleme der TMCS -Vorbereitung und -gebäude gelöst, und sie wurden in einigen Schlüsselfeldern angewendet. Es hat gute soziale und wirtschaftliche Vorteile erzielt. Um die umfassende Leistung von HRTMCs weiter zu verbessern, die Entwicklung fortschrittlicher Verarbeitungstechnologie für Verbundwerkstoffe zu fördern und die Anwendungsforschung von Materialien in Luft- und Raumfahrt, Erdöl, chemische Industrie, Schiffe und anderen Feldern weiter zu erweitern, kann die Arbeiten durchgeführt werden die folgenden vier Richtungen in der Zukunft.

. Große Komponenten müssen größere Spezifikationen des Titanmatrix -Verbundwerks oder des Pulvermetallurgie -Billets, der Herstellung einer einheitlichen Zusammensetzung, einer guten Konsistenz, ohne Defekt und der stabilen Qualität des Guss -Ingots und der Pulvermetallurgie -Billet herstellen. -Skale Anwendung von TMCs. Auf dieser Basis wird die Produktion von TMCS -Röhrchen, Stangen und Platten durch die Verwendung von Industriegeräten realisiert.

(2) Mikro-Nano- und Konfigurationskopplung. Die Korngrenzstärke nimmt bei hoher Temperatur signifikant ab. Die Stärkung der Korngrenze ist der Schlüssel, um die hohe Temperaturleistung von HRTMCs in Zukunft weiter zu verbessern. Die hohe Temperaturleistung von HRTMCs kann durch Mikro/Nano -Stärkung und Konfigurationsstärkung erheblich verbessert werden. Daher wird erwartet, dass die Kombination aus Mikro- und Nanoverstärkung und Konfigurationsverstärkung die hohe Temperaturleistung von TMCs weiter verbessert. Durch die Optimierung des Typs, des Gehalts, der Größe und der räumlichen Verteilung der Verstärkung in Verbundwerkstoffen wird die Mehrstrukturverteilung der Mehrkomponenten- und Mehrfach-Verstärkungsverstärkung realisiert, was zu einem neuen Weg, um den Engpass der Wärmefestigkeit von TMCs zu brechen.

(3) Entwickeln Sie fortgeschrittene nahe der Net -forming -Verarbeitungstechnologie. Additive Fertigung, Präzisionsguss und isotherme Superplastikformung sind drei Arten der Nettoform -Technologie, die ein wichtiger Durchbruch für die Lösung der Formierung der Komponenten des HRTMCS -Komplexes sind. In Bezug auf die additive Herstellung hat Composite Pulver einen angeborenen Vorteil, und die Entwicklung eines neuen Verbundpulver -Kurzpulver -Prozessvorbereitungswegs, um die Produktionskosten zu senken und den Prozesszyklus zu verkürzen, ist hilfreich, um die Entwicklung der HRTMCS -Additiventechnologie zu fördern. In Bezug auf das Präzisionsguss müssen die Zusammensetzung der Matrixlegierung sowie der Typ und den Inhalt der Verstärkung optimiert werden und den TMCS -Präzisions -Gussprozess simulieren, um das Gussmodell und -prozess zu optimieren, um Gussfehler zu reduzieren, die Fluidität zu verbessern und das Füllen sicherzustellen , und verbessern Sie die mechanischen Eigenschaften von Gussteilen. In Bezug auf die isotherme superplastische Formung ist es notwendig, eingehende Forschungen zum HRTMCS-Superplastikforming-Prozess und zum Mechanismus weiterhin fortzusetzen und den Einfluss mehrerer multiskalierender Verstärkung und deren Konfigurationsverteilung auf den Superplastic-Verformungsmechanismus zu untersuchen, um eine feine Regulierung zu erreichen, um eine feine Regulierung zu erreichen der Matrixstruktur und beibehalten der Konfigurationsverteilung der Verstärkung und nutzen Sie ihre Vorteile bei der Stabilisierungsvorbereitung großer komplexer Komponenten weiter.

(4) Verbesserung der Entwicklung umfassender Leistungsdaten und damit verbundener Erkennungstechnologien. Zusätzlich zu einer guten Raumtemperatur und einer hervorragenden Hochtemperaturfestigkeit schenkt HRTMC auch mehr Aufmerksamkeit auf Kriecheigenschaften, Frakturzähigkeit und Ermüdungseigenschaften, die wichtige Indikatoren sind, die berücksichtigt werden müssen, wenn TMCs in extremen Umgebungen wie Luft- und Raumfahrt verwendet werden. Die Auswirkungen der Verstärkung, der entsprechenden Konfigurationsverteilung und der Verformungsparameter auf umfassende Eigenschaften sollten in Betracht gezogen werden, um das Design, die Herstellung und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen zu optimieren. Gleichzeitig ist es notwendig, die wichtigsten Probleme wie den Nachweis von Titanmatrixverbundwerkstoffen und nicht-zerstörerischen Tests zu lösen, was für die Beschleunigung der Anwendung von HRTMCs eine erhebliche Bedeutung hat.