Kui kõva on titaanisulam?
Lennu- ja kosmosemootorite labades, süvameresondide survekorpides{0}}ja tehisliidete keerukates struktuurides toetavad titaanisulamid oma ainulaadsete kõvadusomadustega kaasaegse tööstuse äärmuslikke nõudmisi. Sellel "kosmosemetalliks" tituleeritud materjalil ei ole ühtset kõvaduse numbrilist väärtust, vaid see on sulami koostisest, mikrostruktuurist ja kuumtöötlemisprotsessidest kootud keerukas vaip. Tööstusliku puhta titaani pehmusest kuni TC4 titaanisulami sitkuseni näitab titaanisulami kõvaduse lai valik materjaliteaduse pidevaid läbimurdeid jõudluse piiride suunas.
Titaanisulamite kõvadus tuleneb nende kristallstruktuurist ja legeerimiskonstruktsioonist. Puhtal titaanil on toatemperatuuril tihedalt-pakitud kuusnurkne (HCP) struktuur, mille tulemuseks on suhteliselt madal esialgne kõvadus; tööstusliku puhta titaani Vickersi kõvadus on tavaliselt vahemikus 70-120 HV. Legeerivate elementide, nagu alumiinium ja vanaadium, lisamisel muutub titaanisulamite faasikoostis põhjalikult: -stabiliseeriv element alumiinium soodustab HCP struktuuri stabiilsust, samas kui -stabiliseeriv element vanaadium laiendab keha-keskse kuupmeetri (BCC) struktuuri stabiilset temperatuurivahemikku. Võttes näiteks TC4 (Ti-6Al-4V), võib selle lõõmutatud kõvadus ulatuda 32-38 HRC-ni ja pärast vananemistöötlust saab seda veelgi suurendada 36-44 HRC-ni. See kõvaduse hüpe tuleneb "suletaolisest" struktuurist, mis moodustub peente ja faaside vahelduvast paigutusest, mis takistab tõhusalt dislokatsiooni liikumist.
Kuumtöötlus on titaanisulamite kõvaduse kontrollimise võti. Lahusega töötlemine lahustab faasi kõrgel temperatuuril, millele järgneb kiire jahutamine, et saada üleküllastunud tahke lahus, pannes aluse järgnevale vananemisega kõvenemisele. Pärast lahusega töötlemist temperatuuril 950 kraadi vananeb TC4 titaanisulam 550 kraadi juures 4 tundi, suurendades selle kõvadust 32 HRC-lt lõõmutatud olekus 42 HRC-ni. See suurenemine on tingitud nanomõõtmeliste faaside ühtlasest sadestumisest maatriksis. --tüüpi titaanisulamite (nt TB6) puhul võib krüogeenne töötlemine (-196 kraadi) esile kutsuda martensiitse faasi muundumise, suurendades kõvadust 38 HRC-lt 45 HRC-le, säilitades samal ajal üle 12% pikenemise. See tasakaal kõvaduse ja sitkuse vahel muudab selle ideaalseks valikuks suurt{18}}koormust{26}}kandvate komponentide jaoks, nagu näiteks telik. Pinnatöötlustehnoloogiad on avanud uued mõõtmed titaanisulamite kõvaduse osas. Ioonide implanteerimine võib moodustada TC4 pinnale 0,5 μm paksuse titaannitriidi kihi, suurendades pinna kõvadust 400 HV-lt 1200 HV-le ja parandades kulumiskindlust rohkem kui kolm korda. Laserkatte tehnoloogia, sulatades TiC-tugevdatud katte TA15 titaanisulami pinnale, saavutab kohaliku kõvaduse 60HRC, mis vastab puurimistööriistade äärmuslikele kulumiskindluse nõuetele. Biomeditsiini valdkonnas ei saavuta titaannitriid{34}}kattega tehisliigendipead mitte ainult kõvadust, mis ületab 2000 HV, vaid vähendavad ka kulumismäära 1/10-ni koobalt-kroomsulamite omast, pikendades oluliselt implantaadi eluiga.
Erinevad rakendused seavad titaanisulamite kõvadusele erinevad nõudmised. Lennundus- ja kosmosetööstus nõuab materjale, mille kõvadus on kõrgem kui HRC40, samal ajal kui kõrgel temperatuuril -üle 600 kraadi. TC18 titaanisulam saavutab selle eesmärgi läbi kahekordse lõõmutamise protsessi, säilitades stabiilse kõvaduse 42HRC ja roometugevuse 350MPa 650 kraadi juures. Meretehnika nõuab materjale, et säilitada kareduse stabiilsus mereveekeskkonnas. TA17 titaanisulam, millele oli lisatud 0,1% pallaadiumi, näitas pärast 1000 tunniks 3,5% NaCl lahusesse sukeldamist ainult 5% kõvaduse langust, mis on palju parem kui tavaliste titaanisulamite puhul täheldatud 20% langus. Tarbeelektroonikas saavutavad -tüüpi titaanisulamid külmvaltsimisdeformatsiooni tõttu üli-kõrge kõvaduse, mis ületab 800 HV, säilitades samal ajal 20% elastsuse, mis vastab kokkupandava ekraaniga telefoni hingedele esitatavatele rangetele nõuetele.
Süvamerest süvakosmoseni, inimkehast masinateni – titaanisulamite kõvadusnäitajad laiendavad jätkuvalt materjalide kasutuspiire. Kui TC4 titaanisulamist valmistatud mootorilabad säilitavad kõvaduse stabiilsuse 1500 kraadi juures, kui titaannitriidiga kaetud implantaadid avaldavad inimkeha keskkonnas pikaajalist kulumiskindlust ja kui 3D-prinditud titaanisulamist konstruktsioonikomponendid saavutavad mitte ainult keerukate geomeetriate ja kõvaduse, vaid ka teaduse edusammude täpse sobitamise. suure jõudlusega-ajastul, mis on sügavalt integreeritud titaanisulamitega. Uute tehnoloogiate (nt lisandite tootmine ja intelligentne kuumtöötlus) integreerimisega jõuab titaanisulamite kõvaduse reguleerimine molekulaarse-taseme täpsuse ajastusse, pakkudes inimkonnale senisest kindlamat materjali tuge tundmatu uurimiseks.
