Недавно Государственная ключевая лаборатория механического поведения материалов Сианьского университета Цзяотун разработала новый танталовый сплав, который может выдерживать структурные нагрузки и сохранять благоприятную пластичность при растяжении при сверх-высоких температурах в диапазоне от 2000 до 2400 градусов. Это исследование представляет собой революционную стратегию разработки сверх-сплавов следующего поколения для сверх-высоко-температур, а соответствующие результаты были опубликованы в ведущем международном журнале Nature.
1. Узкое место в отрасли: ограничения на материалы для компонентов аэрокосмической промышленности, работающих при сверх-высоких-температурах.
Развитие аэрокосмической техники предъявляет строгие требования к несущей-несущей способности металлических конструкционных материалов при экстремальных температурах. Рабочая температура некоторых важнейших жаропрочных-компонентов превышает 2000 градусов, что намного выше температуры плавления большинства обычных жаропрочных-металлов, включая суперсплавы на основе никеля-.
В настоящее время только тугоплавкие металлы подходят для эксплуатации в условиях таких сверх-высоких-температур. Тантал выделяется как один из немногих жизнеспособных кандидатов благодаря своей высокой температуре плавления (~ 3000 градусов) и сбалансированным комплексным свойствам. Тем не менее, обычные танталовые сплавы страдают недостаточной -стойкостью к высоким температурам и не способны выдерживать-требования по выдержке нагрузки в экстремальных условиях.
Основная причина заключается в универсальном размягчении металлов при высоких-температурах: когда рабочая температура достигает 0,5–0,6 кратной абсолютной температуры плавления (Tm), ускоренная атомная диффузия вызывает резкую эволюцию микроструктуры, делая механизмы упрочнения при комнатной-температуре практически неэффективными.
Кроме того, сверх-высоко-конструкционные сплавы должны обладать хорошей пластичностью при температуре, близкой к-комнатной, чтобы облегчить формирование деталей сложной-формы. Достижение выдающейся сверх-высокой-прочности и хорошей пластичности при комнатной-температуре уже давно является серьезной проблемой, ограничивающей разработку жаропрочных-сплавов во всем мире.
2. Разработка нового танталового сплава B-ODS.
Чтобы преодолеть этот технический барьер, исследовательская группа применила уникальную реакцию окисления,-опосредованную бором,-на месте, чтобы точно контролировать размер и распределение вторичных фаз. Был разработан и изготовлен новый-модифицированный оксидом бора-упрочненный танталовый сплав (танталовый сплав B-ODS), сочетающий в себе превосходную пластичность при растяжении при комнатной-температуре, предел прочности при растяжении при сверх-высоких-температурах и превосходную термическую стабильность.
3. Основные показатели механических свойств
Прочность и пластичность при комнатной-температуре
Сплав обеспечивает превосходные механические характеристики при комнатной температуре, предел прочности на разрыв превышает 800 МПа и степень удлинения 35 %, что обеспечивает превосходную формуемость деталей сложной конструкции.
Прочность на растяжение при 2000 градусах и 2400 градусах.
Предел текучести достигает 200 МПа при 2000 градусах;
Предел текучести достигает 100 МПа при температуре 2400 градусов.
Его характеристики значительно превосходят все известные традиционные тугоплавкие сплавы и новые тугоплавкие много-сплавы основных элементов. По сравнению с обычными танталовыми сплавами его предел текучести при 2000 градусах удваивается. При той же нагрузке в 100 МПа максимальная рабочая температура нового сплава повышается примерно на 500 градусов.
Долгосрочная-надежность службы
Результаты испытаний на ползучесть подтверждают, что новый сплав демонстрирует гораздо более высокие-долгосрочные эксплуатационные характеристики, чем традиционные тугоплавкие сплавы.
4. Ценность промышленного применения
Новый танталовый сплав B-ODS устраняет давний-компромисс-между высоко-прочностью и пластичностью при комнатной-температуре. Это значительно расширяет сферу применения сплавов на основе тантала-в аэрокосмической отрасли, гиперзвуковых транспортных средствах, авиационных-двигателях, высоко-тепловом полевом оборудовании и других высокотехнологичных-секторах, ускоряя индустриализацию тугоплавких металлов на основе тантала-для сверх-высоких{12}}высокотемпературных нагрузок-несущих конструкционных компонентов.
Ключевые слова внешней торговли
Высоко-термостойкий танталовый сплав, танталовый сплав B-ODS, сплав, упрочненный оксидной дисперсией, тугоплавкий металл, аэрокосмический конструкционный материал, сверх-высокотемпературный сплав, танталовый материал с высокой прочностью на разрыв
