Rispetto alle leghe di titanio con granulometria convenzionale (5-10 μm), le leghe di titanio a grana ultrafine non solo hanno una maggiore resistenza e un buon adattamento plastico, ma hanno anche una maggiore resistenza all'usura e una migliore biocompatibilità. È molto attraente in molti importanti campi di applicazione come l'aerospaziale e la biomedicina. Tuttavia, la preparazione e la lavorazione di leghe di titanio a grana ultrafine è estremamente difficile e la stabilità termica della microstruttura è scarsa. Questi due problemi di collo di bottiglia limitano lo sviluppo e l'applicazione di leghe di titanio a grana ultra fine.
Il team Yang Ke dell'Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, è da tempo impegnato nella ricerca di base e applicata di nuovi materiali metallici medici. Recentemente, i membri del team Ren Ling, Wang Hai, ecc. Hanno adottato l'idea di progettazione della microstruttura del "guscio a due fasi che avvolge i cristalli equiassiali ultrafini" (Fig. 1), e allo stesso tempo hanno migliorato la microstruttura e le proprietà termiche delle leghe di titanio a grana ultrafine sia dalla termodinamica che dalla cinetica. Utilizza anche la combinazione di trattamento termico convenzionale e lavorazione termica per realizzare la preparazione su larga scala della suddetta microstruttura e risolve i due problemi di collo di bottiglia della difficile preparazione e lavorazione di leghe di titanio a grana ultra fine e scarsa stabilità della struttura, e ottiene prestazioni eccellenti e lega di titanio contenente rame a grana ultrafine con elevata stabilità termica. Recentemente, i risultati della ricerca correlata sono stati pubblicati online su Nature Communications.
Fig. 1
Negli ultimi anni, il gruppo di ricerca si è impegnato nella ricerca integrata e nell'applicazione della struttura e della funzione biologica delle leghe di titanio contenenti rame. Sulla base del precedente lavoro di ricerca, il team ha proposto una strategia di preparazione di "lega di elementi eutettoidi → tempra → deformazione a caldo" (EQD) per la preparazione di leghe di rame-titanio a grana ultra fine (Fig. 2). Idee progettuali per la microstruttura dei cristalli assiali. Questa strategia consente la fabbricazione su larga scala di leghe Ti6Al4V5Cu a grana ultrafine con dimensioni del grano -Ti nell'intervallo 90-500 nm mediante apparecchiature di trattamento termico convenzionali (Fig. 2).
Figura 2
Allo stesso tempo, la struttura a nido d'ape a doppia fase /Ti2Cu formata durante la deformazione termica viene utilizzata per rivestire i grani, il che migliora significativamente la stabilità termica della struttura a grano equiassico ultrafine e aumenta la temperatura di instabilità del materiale a 973 K ( { {3}}.55Tm) (Figura 3). La resistenza alla trazione a temperatura ambiente della lega Ti6Al4V5Cu a grana ultrafine è fino a 1,5 GPa e l'allungamento supera l'10 percento . A 650 gradi e una velocità di deformazione di 0,01 s-1, l'allungamento a trazione supera il 1000 percento (Fig. 1), ottenendo una deformazione superplastica.
Fig. 3
Inoltre, la lega Ti6Al4V-5Cu a grana ultrafine non ha subito ingrossamento e crescita del grano nelle condizioni di accoppiamento termomeccanico dello stiramento ad alta temperatura (Fig. 4). Questa strategia EQD non solo realizza la preparazione di strutture a grana ultrafine ad alte prestazioni e stabilità termica elevata di altre leghe di titanio come TiCu e TiZrCu, ma è stata estesa anche ad altri sistemi di leghe, inclusi materiali in ferro e acciaio per la preparazione di materiali metallici a grana ultrafine . Fornisce un nuovo approccio ed è di grande importanza per la progettazione e la ricerca di materiali metallici a grana ultrafine.
Fig. 4
Il lavoro di cui sopra è stato completato dal team di Yang Ke e Ren Ling dell'Institute of Metals, il team di Qiu Dong del Royal Melbourne Institute of Technology, Australia, e il team di Chen XingQiu dello Shenyang National Research Centre for Materials Science dell'Istituto dei Metalli. L'assistente ricercatore Wang Hai dell'Istituto dei metalli è il primo autore, e il ricercatore del progetto Renling dell'Istituto dei metalli e il professor Qiu Dong dell'Università RMIT sono gli autori corrispondenti.
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