低Nb含量Ti-Mo-Nb-Zr-Sn BCC低弹性模量固溶体合金的成分设计

依据BCC结构中的"团簇加连接原子"模型确定Ti-Mo二元团簇式[MoTi14]Mo1为基础成分式,根据合金化组元Sn、Zr和Nb与基体Ti的混合焓实现其在基础成分式中的组元替换,从而形成多元成分式[(Mo,Sn)(Ti,Zr)14]Nb1。利用铜模吸铸快冷技术制备d 6 mm合金棒状样品,并对其进行950℃保温2 h并水淬。组织结构分析和拉伸力学性能结果表明:低模量Sn、Zr和Nb分别取代基础成分式中高模量的Mo时形成的三元BCCβ-Ti合金结构稳定,且具有较低的弹性模量;当Mo0.5Sn0.5占据团簇心部,Nb作为连接原子,Zr替代部分Ti时形成的低Nb含量的β-Ti合金[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1(Ti68.10Mo5.25Sn6.50Zr9.98Nb10.17,质量分数,%)具有最低的弹性模量(为43 GPa),且断裂强度σb为569 MPa,应变ε为5.6%。

低弹bcc结构Ti-Mo-Nb-Zr固溶体合金的“团簇+连接原子”模型及其成分设计

利用"团簇+连接原子"结构模型研究了典型低弹bccβ-Ti固溶体合金的成分特征.对现有低弹β-Ti固溶体合金的成分分析表明它们均满足团簇式[CN14团簇](连接原子)_x.根据该式,设计了Ti-Mo-Nb-Zr系列合金[MoTi_(14)]Ti(质量分数表达时为Ti-11.8Mo),[MoTi_(14)]Nb(Ti-11.2Mo-10.8Nb),[MoTi_(14)]Nb_2(Ti-10.1Mo-19.5Nb)和[Mo(Ti_(13)Zr)]Nb_2(Ti-9.2Zr-9.6Mo-18.7Nb),并采用Cu模吸铸快冷技术制备直径为3和6 mm的合金棒.结果表明,吸铸制备的合金均为bcc结构;当连接原子由Ti变成更低弹的Nb时,合金弹性模量降低;低弹Zr替代Ti进一步降低了合金的弹性模量,[Mo(Ti_(13)Zr)]Nb_2合金的弹性模量E=72 GPa.铸态样品经过固溶和水淬处理后弹性模量降低.