Sullo sfondo del boom dello sviluppo nel settore delle leghe di titanio, la lega di titanio convenzionale TC4, il materiale di base più utilizzato per applicazioni aerospaziali, energetiche e marine, è da tempo afflitta da un collo di bottiglia a livello di settore-che compromette resistenza e tenacità: una volta che il materiale soddisfa i requisiti di resistenza specificati, la sua tenacità alla frattura si deteriora in modo significativo. Le crepe si formano facilmente in condizioni di servizio caratterizzate da carichi ciclici alternati, brusche fluttuazioni di alta-bassa temperatura e ambienti corrosivi, limitando l'ulteriore adozione di prodotti in titanio nelle apparecchiature-di fascia alta. Recentemente, un gruppo di ricerca della School of Materials dell'Università di Zhejiang ha collaborato con istituti di ricerca dell'Università di Kumamoto, in Giappone, per sviluppare una nuova lega di titanio commerciale con un miglioramento del 30% nella tenacità senza alterare le composizioni chimiche di base o compromettere la resistenza meccanica originale. Questa innovazione ha attirato ampia attenzione in tutto il settore.
Incentrata sulla ricerca sui meccanismi fondamentali dei materiali, l'Università di Zhejiang ha monitorato la trasformazione di fase tra le fasi e delle leghe di titanio su scala microscopica utilizzando tecnologie avanzate di microscopia elettronica in{0}}situ e di caratterizzazione con radiazione di sincrotrone. Nel frattempo, l'Università di Kumamoto si è concentrata sui test sulla meccanica della frattura e sulla verifica dei processi di trattamento termico industriale. I punti di forza complementari dei due gruppi di ricerca hanno ribaltato la mentalità di sviluppo convenzionale di migliorare le prestazioni della lega tramite il doping di metalli preziosi. Attraverso un trattamento termico organizzato con precisione, una microstruttura gerarchicamente bimodale costituita da grani alternativamente grossi e fini è stata costruita all'interno della matrice della lega. I grani di fase - sfalsati casualmente deviano i percorsi di propagazione delle cricche e dissipano l'energia di frattura, mentre la fase - a grana ultra-fine{7}} sostiene la resistenza strutturale complessiva, ottenendo un'efficace tenacizzazione a livello microscopico.
Test di certificazione di terze parti- confermano che la nuova lega offre una resistenza alla trazione equivalente alla TC4 convenzionale, oltre a una resistenza alla frattura superiore del 30% rispetto ai parametri di riferimento degli standard nazionali. Ulteriori miglioramenti sono stati ottenuti anche in termini di duttilità, tenacità criogenica e resistenza alla fatica. L'aspetto più critico è che il processo di modifica è pienamente compatibile con le linee di produzione esistenti per la fusione, laminazione e forgiatura del titanio, consentendo la produzione di massa su attrezzature esistenti e riducendo i costi di produzione.
Per l'implementazione industriale, la lega sviluppata serve non solo per la formatura finale di fogli di titanio ma anche come materiale grezzo per piastre rivestite in acciaio al titanio-. Le applicazioni target includono scambiatori di calore per impianti di produzione di energia, componenti di raffreddamento per energia eolica offshore e parti strutturali aerospaziali, soddisfacendo rigorosi criteri di selezione dei materiali per produttori di apparecchiature energetiche nazionali e internazionali. Questa innovazione apre un percorso tecnico innovativo per la localizzazione nazionale dei materiali di titanio di fascia alta- della Cina e il miglioramento delle prestazioni dei prodotti con piastre rivestite.
