В- области от висок клас, като аерокосмическото и изследването на космоса, материалите трябва да постигнат прецизен баланс между олекотен дизайн, функционална завършеност и устойчивост на екстремни термични колебания. Сплавите с памет на формата отдавна се считат за високообещаващи системи от материали поради тяхната отлична якост, издръжливост и потенциал за възстановяване на деформацията. През февруари 2025 г. изследователският екип, ръководен от Ryosuke Kainuma от университета Tohoku в Япония, в сътрудничество с международни учени, успешно разработи сплав на основата на титан-алуминий-хром-. Този материал съчетава ултра-висока якост, отлична издръжливост и адаптивност в широк температурен диапазон и широко се счита в индустрията за технологичен еталон за следващото поколение титанови сплави. Сравненията на свръхеластични температурни диапазони и леки свойства са показани на фигура 1.
1. Проектиране на нов състав от лека-сплав с висока якост
Чрез въвеждане на леки елементи алуминий (Al) и хром (Cr) в титанова (Ti) матрица беше разработена сплав със състав Ti–20Al–4,75Cr (атомен процент). Тази сплав има ниска плътност (4,36 × 10³ kg/m³) и висока специфична якост до 185 × 10³ Pa·m³/kg, превъзхождайки значително конвенционалните сплави на основата на Ti-Nb и търговските сплави Ni-Ti, като същевременно запазва леките характеристики на титаниевите сплави. Свръхеластични свойства на близо<110>монокристалните Ti-Al-Cr сплави са показани на фигура 2.
2. Свръх-супереластична производителност в широк температурен диапазон
Базираните на титан-алуминий-хром-сплави с памет на формата показват напълно възстановима свръхеластичност в екстремен температурен диапазон от 4,2 K (близо до абсолютната нула) до 400 K (около 127 градуса), покривайки работен температурен диапазон от 396 K, което е повече от пет пъти повече от търговските Ni-Ti сплави (обикновено 273–353 K). Тази характеристика разглежда проблема със свръхеластичния отказ в конвенционалните сплави с памет на формата при ниски или високи температури.
3. Анормална температура-Механизъм на напрежение, зависим от фазовата трансформация
Анормалната температурна зависимост на критичното напрежение за фазова трансформация беше открита за първи път в не-магнитни сплави на основата на Ti-: при ниски температури (<200 K), the critical stress increases as the temperature decreases. This phenomenon is revealed through lattice dynamics analysis and is attributed to the significant increase in the shear modulus (C') of the parent phase (B2 structure) at low temperatures, which enhances the lattice's resistance to shear deformation, thereby broadening the temperature range for superelasticity.
4. Висока възстановима устойчивост на деформация и умора
Сплавта показва възстановима деформация от 7,3% при стайна температура, близка до тази на търговските Ni-Ti сплави (~8%), което е повече от два пъти повече от конвенционалните Ti-Nb-базирани сплави (<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. Подредена B2 структура и укрепване на нанодомейни
Чрез бързо закаляване и термичен цикъл основната фаза на сплавта образува нанодомени с подредена B2 структура (среден размер 15 nm), разделени от анти-фазови граници (APB). Тази подредена наноструктура ефективно инхибира приплъзването на дислокация, повишава устойчивостта на пластична деформация, като същевременно поддържа високо еластично напрежение.
