“钛合金Pro”来了！MIT科学家创造制造高机能钛合金的新方法

但与其他大多数金属一样，优化其性能每每须要在两个关键特性之间进行权衡：强度和延展性。
很大程度上，这两者难以同时兼顾，更强的材料每每不易变形，而可变形的材料每每机器性能较弱。

近期，麻省理工学院的研究职员与 ATI 特种材料公司的研发职员联合开拓出一种制造钛合金的新方法，可以“超越困难的权衡”，从而生产出兼具精良的强度和延展性组合的新型合金，而这可能会催生更多新的运用。

（来源：Advanced Materials）

目前，这项研究成果已经以“Discovering Pyramidal Treasures: Multi-Scale Design of High Strength–Ductility Titanium Alloys”（创造金字塔宝藏：高强延展性钛合金的多尺度设计）为题揭橥在 Advanced Materials 上。

参与这次项目的研究职员包括麻省理工学院材料科学与工程系的 Shaolou Wei、Kyung-Shik Kim、Cemal Cem Tasan，以及 ATI 特种材料公司的 John Foltz。

该研究团队表示，这些改进源于调度合金的化学身分和晶格构造，同时还调度了用于在工业规模生产材料的加工技能。

钛合金之以是在工业中举足轻重，是由于与钢比较其具有精良的机器性能、耐堕落性以及较小的密度。
“通过仔细选择合金元素及其相比拟例以及材料的加工办法，你可以创造各种不同的构造，这相称于是为你开辟了一个大游乐场，无论是低温还是高温条件下都可以得到良好的性能组合。
”这篇论文的通讯作者、麻省理工学院材料科学与工程系教授 Cemal Cem Tasan 说。

但各种各样的可能性反过来又须要一种方法来辅导选择，以生产知足特定运用、特定需求的材料。
这项研究中描述的剖析和实验结果供应了这一辅导。

“钛合金的构造，一贯到原子尺度，决定着它们的性能。
在某些钛合金中，这种构造乃至更加繁芜，由两种不同的稠浊相（称为 相和 相）组成。
”Cemal Cem Tasan 阐明说。

“这种设计方法的关键策略是考虑不同的规模。
一个尺度是单个晶体的构造，例如，通过仔细选择合金元素，你可以得到更空想的 相晶体构造，从而实现特定的变形机制；另一种尺度是多晶尺度，涉及 相和 相的相互浸染，因此，这里遵照的方法涉及两者的设计考虑。
”他表示。

除了选择精确的合金材料和比例之外，加工步骤也发挥着重要浸染。
该研究团队创造，一种名为“交叉轧制”的技能是实现强度和延展性结合的另一个关键。

麻省理工学院团队与 ATI 特种材料公司的研究职员展开互助，他们在扫描电子显微镜下测试了各种变形的合金，揭示了它们的微不雅观构造如何相应外部机器载荷的细节。

他们创造，有一组特定的参数（包括身分、比例、加工方法等）产生了一种 相和 相均匀分担变形的构造，从而缓解了当它们的反应不同时，相之间可能发生的开裂趋势。

“这些相位‘和谐’地变形。
我们创造这种对变形的协同反应可以产生性能更优胜材料。
”Cemal Cem Tasan 说。

“我们研究了材料的构造以理解这两个相及其形态，并通过在原子尺度上进行局部化学剖析来研究它们的化学性子。
我们采取了多种技能来量化材料在多个长度尺度上的各种特性。
当我们不雅观察根据系统生产的钛合金的整体性能时，这些性能确实比同类合金要好得多。
”他补充说。

在 Cemal Cem Tasan 看来，这是行业支持的学术研究，旨在证明可以大规模商业化生产的合金的设计事理。
“我们在这次互助中所做的实际上是为了从根本上理解晶体的可塑性，我们证明了这种设计谋略是经由验证的，并且我们科学地展示了它的事情事理和机制。
当然，对付这种方法我们还有很大的改进空间。
”他表示。

（来源：MIT News）

至于这些创造的潜在运用，他说，“对付任何必要改进强度和延展性组合的航空航天运用，我们的这项研究都供应了新的机会。
”

参考资料：

1.https://news.mit.edu/2024/mit-researchers-identify-routes-to-stronger-titanium-alloys-0702

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406382