Titaniumlegeringen zijn geavanceerde lichtgewicht materialen, onmisbaar voor veel kritieke toepassingen. De steunpilaar van de titaniumindustrie is de - titaniumlegeringen, die zijn geformuleerd door legerings toevoegingen die de en fasen stabiliseren. Ons werk richt zich op het benutten van twee van de krachtigste stabiliserende elementen en versterkers voor - titaniumlegeringen, zuurstof en ijzer, die gemakkelijk overvloedig aanwezig zijn. Het omhelzing effect van zuurstof beschreef echter in de volksmond als 'de kryptoniet tot titanium, en de microsegregatie van ijzer heeft hun combinatie belemmerd voor de ontwikkeling van sterke en ductiele - titanium -oxygen - ijzerlegeringen. Hier integreren we legeringsontwerp met Process Design Additive Manufacturing (AM) om een reeks titanium -oxygen -ijzersamenstellingen aan te tonen die uitstekende trekeigenschappen vertonen. We verklaren de oorsprong op atoomschaal van deze eigenschappen met behulp van verschillende karakteriseringstechnieken. De overvloed aan zuurstof en ijzer en het proces eenvoud voor netvormige of bijna-netvormige productie door AM maak deze-titanium-oxygen-ijzerlegeringen aantrekkelijk voor een divers scala aan toepassingen. Bovendien bieden ze belofte voor het gebruik van industriële schaal van off-grade spons titanium of spons titanium-oxygen-Iron, een industrieel afvalproduct op dit moment. Het economische en milieupotentieel om de koolstofvoetafdruk van de energie-intensieve spons titaniumproductie te verminderen is aanzienlijk.
De meeste industriële titanium (TI) legeringen bezitten microstructuren op basis van de twee basisfasen van Ti, de hexagonale close-packed (HCP) en de lichaamsgerichte kubieke (BCC). Vertegenwoordigd door Ti - 6Al - 4V (WT% die overal wordt gebruikt, tenzij gespecificeerd), zijn Ti -legeringen de ruggengraat van de Ti Industry1,2. Ze kunnen microstructuren vormen die lamellaire omvatten-met een oriëntatierelatie in de buurt van de winst, gelijktijdig en of bolvormig onder de-lamellen. Elk van deze microstructuren heeft verdiensten en nadelen, waardoor - Ti -legeringen veelzijdig worden voor diverse industriële toepassingen. Van deze is de lamellaire - microstructuur vaak toegepast.
De kwestie met O als een principale fase -stabilisator in Ti is het blanke effect vanwege zijn sterke interacties met dislocaties tijdens vervorming. Bovendien verandert o de fase -evenwichten, die de vorming van de verbrissing bevorderen2-fase (ti3Al). Deze beperkingen hebben geleid tot de volgende empirische ontwerpregel voor industriële ti -legeringen: al + 10 (o + c + 2 n) + 1\/3Sn + 1}\/6Zr< 9.0% . For Ti–6Al–4V, this design rule requires less than 0.12% O at 0.05% N and 0.08% C, which was relaxed to 0.13% O for Grade 23 Ti–6Al–4V and 0.20% O for Grade 5 Ti–6Al–4V. Following this rule, a lower Al content allows for a higher O content. Indeed, the latest industrial α–β Ti alloy ATI 425 (Ti–4.5Al–3V–1.8Fe–0.3O), allows 0.3% O maximum because of its lower Al content, for which the above empirical rule accepts a maximum of 0.31% O. If no Al is included, this rule allows a maximum of 0.72% O.
Er zijn meer opties voor -fase -stabilisatoren in Ti, waarbij Fe de meest effectieve en goedkope is. Bovendien is Fe de tweede lichtste fase stabilisator. Het gebruik ervan is echter beperkt door de vorming van Fe -gestabiliseerde vlekken tijdens INGOT -stolling (tot centimeters in grootte; aanvullende noot 1), die de mechanische eigenschappen aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Daarom is het gebruik van Fe meestal beperkt tot ongeveer 2% in industriële Ti -legeringen zoals ATI 425 en TI - 10V - 2FE - 3AL.
