MITの研究者がより強力なチタン合金への道を特定

この研究結果は、Advanced Materials 誌に、Shaolou Wei ScD '22、C. Cem Tasan 教授、Kyung-Shik Kim 博士研究員、および ATI Inc. の John Foltz 氏による論文で記載されています。合金の化学組成と格子構造を調整しながら、材料を工業規模で製造するために使用される加工技術も調整します。

チタン合金は、鋼に比べて優れた機械的特性、耐食性、軽量であるため、重要視されてきました。合金元素とその相対比率、および材料の処理方法を慎重に選択することで、「さまざまな構造を作成でき、極低温と高温の両方で優れた特性の組み合わせを得る大きな遊び場が生まれます。」タサンは言う。

しかし、その幅広い可能性には、特定の用途の特定のニーズを満たす材料を製造するための選択をガイドする方法が必要です。新しい研究で説明された分析と実験結果は、その指針を提供します。

チタン合金の構造は、原子スケールに至るまで、チタン合金の特性を決定するとタサン氏は説明します。また、一部のチタン合金では、この構造はさらに複雑で、アルファ相とベータ相として知られる 2 つの異なる混合相で構成されています。

「この設計アプローチにおける重要な戦略は、さまざまなスケールを考慮することです」と彼は言います。 「1 つのスケールは、個々の結晶の構造です。たとえば、合金元素を慎重に選択することで、特定の変形メカニズムを可能にする、より理想的なアルファ相の結晶構造を得ることができます。もう 1 つのスケールは、相互作用を含む多結晶スケールです。したがって、ここで採用されるアプローチには両方の設計上の考慮事項が含まれます。」

適切な合金材料と比率の選択に加えて、加工のステップが重要な役割を果たすことが判明しました。クロスローリングと呼ばれる技術が、強度と延性の並外れた組み合わせを達成するもう一つの鍵であることを研究チームは発見した。

ATIの研究者と協力して、チームは変形中のさまざまな合金を走査型電子顕微鏡でテストし、その微細構造が外部の機械的負荷にどのように反応するかの詳細を明らかにした。彼らは、アルファ相とベータ相が変形を均一に共有する構造を生み出す、組成、比率、加工方法などの特定のパラメータが存在し、反応時に相間で発生する可能性のある亀裂傾向を緩和することを発見しました。違う。 「位相は調和して変形します」とタサン氏は言います。変形に対するこの協力的な反応により、優れた材料が得られることが彼らは発見した。

「私たちはこれら 2 つの相とその形態を理解するために材料の構造を調べ、原子スケールでの局所化学分析を実行することでそれらの化学を調べました。私たちは材料のさまざまな特性を定量化するために幅広い技術を採用しました。ポスコの材料科学工学教授で冶金学の准教授であるタサン氏は、そのシステムに従って製造されたチタン合金の「全体的な特性を見ると、その特性はより優れている」と述べています。同等の合金です。」

タサン氏によると、これは商業的に大規模に生産できる合金の設計原則を証明することを目的とした業界支援の学術研究だという。 「私たちがこの共同研究で行っていることは、結晶の可塑性の根本的な理解に向けたものです」と彼は言います。 「私たちはこの設計戦略が検証されていることを示し、それがどのように機能するかを科学的に示しています」と彼は付け加え、さらなる改善の余地が大きく残っていると指摘した。

これらの発見の応用の可能性について、彼は「強度と延性の組み合わせの改善が有用な航空宇宙用途にとって、この種の発明は新たな機会を提供することになる。」と述べています。

この研究は、ATI Specialty Rolled Products の支援を受け、MIT Nano およびハーバード大学ナノスケール システムセンターの施設を使用しました。