Preparación, procesamiento y aplicación de compuestos de matriz de titanio resistente a la corrosión

Conocidas como "metal moderno" y "metal espacial", las aleaciones de titanio y titanio tienen las características de baja densidad, alta resistencia específica, resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas de alta temperatura, y se han utilizado cada vez más en la industria aeroespacial, la industria química, Ingeniería marina, biomedicina y otros campos. Las aleaciones de titanio también han hecho muchos avances en el transcurso de décadas de desarrollo. El método de aleación ha mejorado significativamente el rendimiento de las paradas de aleación de titanio, y la temperatura del servicio se ha incrementado de 350 ℃ a 600 ℃, pero no ha podido romper el cuello de botella de 600 ℃ en los últimos 30 años. Con el rápido desarrollo del titanio en la industria aeroespacial, los aviones de ultra alta velocidad deben funcionar a temperatura ultra alta, alto estrés, desgaste fuerte y otras condiciones extremas, lo que presenta requisitos más estrictos sobre la resistencia, la rigidez, la resistencia al calor y Otras propiedades de los materiales a base de titanio. Una de las formas efectivas de lograr un alto rendimiento de las aleaciones de titanio es introducir fase de refuerzo de cerámica de cerámica multidimensional/de partículas y controlar su disposición espacial ordenada. Los materiales resultantes se conocen como compuestos de matriz de titanio (TMC), entre ellos, este tipo de TMCS con IMI834, TI1100, BT36, TI60, TI600, TI65 y otra aleación de titanio de alta temperatura de tipo α como la matriz también se conoce como calor- TMCS resistentes (HRTMC). Los óxidos de TIB, TIC, Ti5Si3 y tierras raras (como LA2O3) son las fases de refuerzo de cerámica más utilizadas en TMC, que generalmente se generan por la autogénesis in situ entre la matriz de titanio y los reactivos como B, Tib2, C, B4C, SI y LAB6 durante el proceso de preparación. Mediante el diseño de composición flexible, la distribución exquisita, la optimización estructural y el control de mecanizado de deformación diversos, los TMC pueden realizar el acoplamiento sinérgico entre las aleaciones de titanio dúctil y la alta rigidez y los cuerpos de refuerzo de alta resistencia, mostrando así una mayor fuerza específica, rígido específico y mejor calefacción y uso y desgaste de desgaste y desgaste resistencia. La temperatura de uso de los HRTMC se incrementa en 50 ~ 200 ℃ en comparación con la aleación de titanio tradicional, y se espera que reemplace parcialmente la superalloy tradicional en el entorno de uso de 550 ~ 800 ℃, para lograr una pérdida de peso sustancial. HRTMCS tiene una amplia perspectiva de aplicación y potencial de desarrollo en los campos aeroespaciales y otros campos, por lo que ha sido ampliamente preocupado.

Con la temperatura aumentando por encima de 600 ℃, el debilitamiento significativo de la resistencia al límite de grano se ha convertido en uno de los obstáculos para mejorar aún más la resistencia al calor de los TMC. Aunque el refuerzo de una sola escala puede mejorar la resistencia al límite del grano, causará una mayor fragilidad a temperatura ambiente. El refuerzo multicomponente y a múltiples escala puede fortalecer efectivamente los límites de grano al tiempo que alivia la disminución de la plasticidad. Con la comprensión más profunda de las configuraciones compuestas finas en materiales estructurales biológicos, se ha prestado más atención al efecto de configuraciones compuestas "no uniformes" en el fortalecimiento y endurecimiento de los compuestos de matriz metálica. La configuración compuesta es más propicio para ejercer el grado de libertad del diseño compuesto y el efecto de acoplamiento sinérgico entre diferentes componentes, para explorar más a fondo el potencial de la resistencia al calor de los TMC. Además, la introducción de la fase de refuerzo de cerámica reduce el rendimiento del procesamiento térmico de los TMC, por lo que la tecnología tradicional de deformación térmica para procesar TMC, el rendimiento y la estabilidad del producto no son ideales, no puede lograr la preparación de grandes componentes complejos y producción de masas. Los componentes formados por tecnología de formación casi neta, como forja isotérmica, fundición de precisión y fabricación aditiva, no necesitan procesarse o solo necesitan una pequeña cantidad de procesamiento, lo que no solo puede mejorar la tasa de utilización de las materias primas, sino que también resolver la formación Problemas de componentes complejos, por lo que tienen amplias perspectivas de aplicación y atraen la atención.

Las nuevas teorías de diseño de materiales, como el fortalecimiento colaborativo de Micro-Nano, y el diseño de configuración compuesta proporcionan nuevas ideas de investigación para mejorar aún más las propiedades integrales de los HRTMC. La tecnología de formación neta más madura y más madura proporciona una nueva forma técnica de resolver efectivamente el difícil problema de la formación de componentes HRTMCS. En este documento, el progreso de la investigación y los ejemplos de aplicaciones de HRTMC se revisan a partir de los aspectos del diseño y preparación de la configuración compuesta, la tecnología de procesamiento de formación casi neta y las propiedades mecánicas de alta temperatura, y los problemas existentes, los puntos de avance clave y la dirección de desarrollo futuro de los HRTMC son propuesto.

Después de años de investigación, se han realizado un gran progreso en el diseño, preparación y procesamiento de TMC. A través de la regulación ordenada de los parámetros estructurales, como el tamaño, el tipo y las características de distribución de la fase de refuerzo y la estructura de la matriz, se han mejorado las propiedades integrales de los materiales, y los problemas clave de la preparación de TMC y la formación de componentes se han resuelto, y se han aplicado en algunos campos clave. Ha producido buenos beneficios sociales y económicos. Para mejorar aún más el rendimiento integral de los HRTMC, promover el desarrollo de tecnología de procesamiento avanzada para materiales compuestos y continuar expandiendo la exploración de aplicaciones de materiales en aeroespacial, petróleo, industria química, barcos y otros campos, se puede llevar a cabo el trabajo. Las siguientes cuatro direcciones en el futuro.

(1) TMC a gran escala de lingote o preparación de tocho de metalurgia en polvo, tubería, varilla, producción industrial de placa. Los componentes a gran escala deben preparar especificaciones más grandes del titanio compuesto compuesto de lingotes o billet de metalurgia en polvo, cómo preparar una composición uniforme, buena consistencia, sin defectos y calidad estable de lingot y billet de metalurgia en polvo es el problema clave que debe resolverse en la gran -Aplicación a escala de TMC. Sobre esta base, la producción de tubos, varillas y placas TMCS se realiza mediante el uso de equipos industriales.

(2) Micro-Nano y acoplamiento de configuración. La resistencia al límite de grano disminuye significativamente a alta temperatura. El fortalecimiento del límite de grano es la clave para mejorar aún más el alto rendimiento de la temperatura de los HRTMC en el futuro. El alto rendimiento de la temperatura de los HRTMC puede mejorarse significativamente mediante el fortalecimiento y el fortalecimiento de la configuración micro/nano. Por lo tanto, se espera que la combinación de micro y fortalecimiento y fortalecimiento de la configuración mejore aún más el alto rendimiento de la temperatura de los TMC. Al optimizar el tipo, el contenido, el tamaño y la distribución espacial del refuerzo en materiales compuestos, se realiza la distribución de la estructura múltiple de refuerzo múltiple y múltiple a escala, lo que se convierte en una nueva forma de romper el cuello de botella de resistencia al calor de los TMC.

(3) Desarrollar tecnología avanzada de procesamiento de formación neta cerca de la red. La fabricación aditiva, la fundición de precisión y la formación superplástica isotérmica son tres tipos de tecnología de formación neta cercana, que son un gran avance para resolver la formación de componentes complejos HRTMCS. En términos de fabricación aditiva, el polvo compuesto tiene una ventaja congénita, y el desarrollo de una nueva ruta de preparación de procesos cortos de polvo compuesto para reducir los costos de producción y acortar el ciclo del proceso es útil para promover el desarrollo de la tecnología aditiva HRTMCS. En términos de fundición de precisión, es necesario optimizar la composición de la aleación de matriz y el tipo y el contenido de refuerzo, y simular el proceso de fundición de precisión de TMCS para optimizar el modelo y el proceso de fundición, a fin de reducir los defectos de fundición, mejorar la fluidez y garantizar el relleno y mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones. En términos de formación superplástica isotérmica, es necesario continuar con una investigación en profundidad sobre el proceso de formación superplástica de HRTMC y explorar la influencia de múltiples refuerzo multiescala y su distribución de configuración en el mecanismo de deformación superplástica, para lograr una regulación fina. de la estructura de la matriz y mantenga la distribución de configuración del refuerzo, y ejercen aún más sus ventajas en la preparación de estabilización de componentes complejos de gran tamaño.

(4) Mejorar el desarrollo de datos de rendimiento integrales y tecnologías de detección relacionadas. Además de una buena resistencia a la temperatura ambiente y una excelente resistencia a la temperatura, los HRTMC también prestan más atención a las propiedades de fluencia, resistencia a la fractura y propiedades de fatiga, que son indicadores clave que deben considerarse cuando los TMC se usan en entornos extremos como el aeroespacial. Se deben considerar los efectos del refuerzo, la distribución de configuración correspondiente y los parámetros de deformación en las propiedades integrales para optimizar el diseño, la preparación y el procesamiento de materiales compuestos. Al mismo tiempo, es necesario resolver los problemas clave, como la detección de compuestos de matriz de titanio y pruebas no destructivas, lo que tiene una importancia significativa para acelerar la aplicación de HRTMC.