Титан-молибденовый сплав: фазовая структура, твердость и механические свойства

Титан-молибденовые сплавы представляют собой компактное,-хорошо изученное семейство бинарных титановых сплавов, в которых молибден выступает в качестве бета-стабилизирующего элемента. Даже небольшие изменения содержания молибдена перемещают сплав через ряд фазовых структур, и каждая фаза обеспечивает различный баланс твердости, прочности на изгиб и жесткости. Таким образом, опубликованная работа по бинарным сплавам Ti-Mo, содержащим от 6 до 20 мас.% Mo, является полезным ориентиром при выборе титанового материала с низким-модулем или высокой-твердостью.

Фазовая структура бинарных сплавов Ti{{0}Mo

Экспериментальные результаты показывают, что кристаллическая структура и морфология литых сплавов Ti{{0}Mo чувствительны к содержанию в них молибдена. Последовательность является скорее прогрессивной, чем резкой, поэтому уровень молибдена является первой переменной, которая фиксируется в любой спецификации.

Содержание молибдена	Доминирующая структура	Примечание по морфологии
Технически чистый титан	Шестиугольная альфа-простая ( ')	Перо-морфология
6 мас.% Мо	Мелкоигольчатый мартенситный ромбический альфа-двойной-простой ( ″)	Мелкий игольчатый мартенсит
7,5 мас.% Мо	Мартенсит ″ преобладает во всем сплаве.	Единственная доминантная ″ структура
10 мас.% Мо и выше	Сохраненная бета-фаза ( )	становится единственной важной фазой

В нижней части диапазона гексагональная фаза технически чистого титана уступает место мелкой игольчатой ​​мартенситной структуре, когда содержание молибдена достигает примерно 6 мас.%. При содержании Мо 7,5 мас.% во всем сплаве преобладает мартенситная структура. Начиная примерно с 10 мас.% Mo и выше, оставшаяся фаза становится единственной основной фазой, и материал ведет себя как бета-титановый сплав, а не как мартенситный сплав.

Твердость во всей серии Ti-Mo

Твердость отражает фазовую структуру. Среди всех исследованных сплавов Ti-Mo наименьшую твердость имел ″-фазный сплав Ti-7,5Mo, а наибольшую - фазовые сплавы, содержащие 10 и 12,5 мас.% Mo. Микротвердость Ti-7,5Mo была ниже, чем у Ti-6Al-4V на 10,5% и ниже, чем у Ti-13Nb-13Zr на 7,7%.

Ти-7,5Мо (″)- самый мягкий сорт в бинарном ряду и мягче, чем Ti-6Al-4V и Ti-13Nb-13Zr с точки зрения микротвердости.

Ти-10Мо и Ти-12,5Мо ( )- самые сложные оценки в серии, что отражает полностью сохраненную бета-структуру.

Практическое чтениеТвердость - увеличивается по мере перемещения конструкции от ″ до , поэтому содержание молибдена можно использовать для настройки реакции на износ и деформацию.

Прочность на изгиб и модуль упругости при изгибе

Прочность и жесткость не следуют одной и той же тенденции, и именно это делает серию интересной. Прочность на изгиб Ti-7,5Mo аналогична прочности Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr и выше, чем у технически чистого титана. Поэтому прочность не приносится в жертву, когда сплав выбирается из-за его низкой жесткости.

Модуль упругости при изгибе сплава Ti-7,5Mo с преобладанием ″- заметно ниже, чем у альтернатив:

На 22% ниже, чем у Ti-15Mo

На 47% ниже, чем у Ти-6Ал-4В

На 17% ниже, чем Ti-13Nb-13Zr

примерно на 40% ниже, чем у технически чистого титана

Сочетание умеренной прочности и низкого модуля необычно и объясняет, почему ″титан-молибденовые сплавы привлекают внимание везде, где компонент должен изгибаться, а не сопротивляться.

Почему важно сочетание низкого-модуля

Во многих случаях применения титана чрезмерная жесткость является скорее недостатком, чем преимуществом. Модуль упругости, значительно превышающий модуль окружающего материала, концентрирует напряжение на границе раздела, и более жесткий компонент несет непропорциональную долю нагрузки. Снижение модуля при сохранении прочности на изгиб на сопоставимом уровне позволяет более равномерно распределять путь нагрузки, что и является механизмом, лежащим в основе интереса к низкомодульным титановым сплавам для компонентов, несущих нагрузку-, которые должны соответствовать упругой реакции соседних деталей.

Данные о твердости дополняют картину. Там, где требуется низкий модуль, естественным выбором является структура ″ с содержанием Мо около 7,5 мас.%; там, где предпочтительна более высокая твердость и приемлема более жесткая реакция, более подходящими являются сохранившиеся структуры при 10 мас.% Мо и выше. Поскольку фазовая структура очень чувствительна к содержанию молибдена, небольшие различия в составе приводят к измеримым различиям в свойствах, а спецификация, оставляющая открытым диапазон молибдена, не обеспечит стабильных свойств.

Руководство по выбору и обработке

Сначала исправьте диапазон молибдена- Фаза, а следовательно, твердость и модуль вытекают непосредственно из нее. Считайте изменение на несколько массовых процентов изменением материала.

Подтвердить этап готового продукта- Дифракция рентгеновских-лучей на отливке или термообработанном-состоянии – это прямой способ проверить, был ли получен ″ или смесь.

Измерьте важные свойства- микротвердость для определения характеристик износа и деформации, а также трехточечный изгиб- для прочности на изгиб и модуля упругости при изгибе.

Сравните с известными ссылками- Ti-6Al-4V, Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr служат установленными базовыми показателями для сравнения твердости, прочности на изгиб и модулей.

Ожидайте чувствительности каста-, поскольку структура и морфология зависят от содержания молибдена, термическая история во время литья и любой последующей обработки должна контролироваться и документироваться.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какой сплав Ti{{0}Mo имеет самую низкую твердость?
Сплав ″-фазы Ti-7,5Mo имеет наименьшую твердость среди исследованных бинарных титаномолибденовых сплавов.

Вопрос: Какие сплавы этой серии самые твердые?
Фазовые сплавы, содержащие 10 и 12,5 мас.% Мо, показали наибольшую твердость серии.

Вопрос: Чем Ti-7,5Mo отличается от Ti-6Al-4V по микротвердости?
Его значение микротвердости на 10,5% ниже, чем у Ti-6Al-4V и на 7,7% ниже, чем у Ti-13Nb-13Zr.

Вопрос: Является ли Ti-7,5Mo более слабым при изгибе, чем другие титановые сплавы?
Нет. Его прочность на изгиб аналогична прочности Ti-15Mo и Ti-13Nb-13Zr и выше, чем у технически чистого титана.

Вопрос: Насколько низок модуль упругости при изгибе ″ Ti-7,5Mo?
Он на 22% ниже, чем у Ti-15Mo, на 47% ниже, чем у Ti-6Al-4V, на 17% ниже, чем у Ti-13Nb-13Zr и примерно на 40% ниже, чем у технически чистого титана.

Вопрос: Почему содержание молибдена так важно?
Потому что кристаллическая структура и морфология литого сплава чувствительны к нему: 6 мас.% Мо дает мелкий игольчатый мартенсит ″, 7,5 мас.% Мо преобладает ″, а 10 мас.% Мо или более остается в качестве единственной основной фазы.

Вопрос: Какова практическая польза от этой карты свойств?
Это позволяет подобрать сплав для применения - ″ структуры, где необходим низкий модуль, и структур, где предпочтительна более высокая твердость.