Σε τομείς υψηλών-όπως η αεροδιαστημική και η εξερεύνηση του διαστήματος, τα υλικά πρέπει να επιτυγχάνουν μια ακριβή ισορροπία μεταξύ του ελαφρού σχεδιασμού, της λειτουργικής πληρότητας και της ανοχής σε ακραίες θερμικές διακυμάνσεις. Τα κράματα μνήμης σχήματος θεωρούνται από καιρό ως πολλά υποσχόμενα συστήματα υλικών λόγω της εξαιρετικής αντοχής, σκληρότητας και δυνατότητας ανάκτησης καταπόνησης. Τον Φεβρουάριο του 2025, η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Ryosuke Kainuma στο Πανεπιστήμιο Tohoku της Ιαπωνίας, σε συνεργασία με διεθνείς μελετητές, ανέπτυξε με επιτυχία ένα κράμα με βάση το τιτάνιο-αλουμίνιο-χρώμιο-. Αυτό το υλικό συνδυάζει εξαιρετικά{8}}υψηλή αντοχή, εξαιρετική σκληρότητα και προσαρμοστικότητα σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και θεωρείται ευρέως στη βιομηχανία ως τεχνολογικό σημείο αναφοράς για την επόμενη γενιά κραμάτων τιτανίου. Σύγκριση υπερελαστικών περιοχών θερμοκρασίας και ελαφρών ιδιοτήτων φαίνονται στο Σχήμα 1.
1. Σχεδιασμός νέας ελαφριάς σύνθεσης κραμάτων υψηλής αντοχής-
Με την εισαγωγή ελαφρών στοιχείων αλουμινίου (Al) και χρωμίου (Cr) σε μια μήτρα τιτανίου (Ti), αναπτύχθηκε ένα κράμα με σύνθεση Ti–20Al–4,75Cr (ατομικό ποσοστό). Αυτό το κράμα έχει χαμηλή πυκνότητα (4,36 × 10³ kg/m³) και υψηλή ειδική αντοχή έως και 185 × 10³ Pa·m³/kg, ξεπερνώντας σημαντικά τα συμβατικά κράματα με βάση το Ti-Nb και τα εμπορικά κράματα Ni-Ti, διατηρώντας παράλληλα τα χαρακτηριστικά ελαφρού βάρους του κράματος τιτανίου. Οι υπερελαστικές ιδιότητες του πλησίον<110>Τα κράματα μονοκρυσταλλικού-Ti-Al-Cr φαίνονται στο σχήμα 2.
2. Εξαιρετικά-υπερελαστική απόδοση μεγάλου εύρους θερμοκρασίας
Τα κράματα μνήμης σχήματος με βάση το τιτάνιο-αλουμίνιο-χρώμιο-επιδεικνύουν πλήρως ανακτήσιμη υπερελαστικότητα σε ένα ακραίο εύρος θερμοκρασιών από 4,2 K (σχεδόν απόλυτο μηδέν) έως 400 K (περίπου 127 μοίρες ), καλύπτοντας ένα λειτουργικό εύρος θερμοκρασίας 396 K, που είναι σχεδόν πέντε φορές περισσότερο από το Nio{7} του εμπορίου 273–353 Κ). Αυτό το χαρακτηριστικό αντιμετωπίζει το ζήτημα της υπερελαστικής αστοχίας σε συμβατικά κράματα μνήμης σχήματος σε χαμηλές ή υψηλές θερμοκρασίες.
3. Μη φυσιολογική θερμοκρασία-Μηχανισμός τάσεων μετασχηματισμού εξαρτώμενης φάσης
Η μη φυσιολογική εξάρτηση από τη θερμοκρασία της κρίσιμης τάσης για τον μετασχηματισμό φάσης ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά σε κράματα που δεν βασίζονται σε-μαγνητικό Ti-: σε χαμηλές θερμοκρασίες (<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. Υψηλή ανακτήσιμη αντοχή στην καταπόνηση και την κόπωση
Το κράμα εμφανίζει ανακτήσιμη καταπόνηση 7,3% σε θερμοκρασία δωματίου, κοντά σε αυτή των εμπορικών κραμάτων Ni-Ti (~8%), η οποία είναι περισσότερο από διπλάσια από αυτή των συμβατικών κραμάτων με βάση Ti-Nb-<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. Διέταξε τη δομή Β2 και την ενίσχυση νανοτομέων
Μέσω της ταχείας απόσβεσης και του θερμικού κύκλου, η μητρική φάση του κράματος σχηματίζει νανοτομείς με διατεταγμένη δομή Β2 (μέσο μέγεθος 15 nm), που χωρίζονται από όρια αντι-φάσης (APB). Αυτή η διατεταγμένη νανοδομή αναστέλλει αποτελεσματικά την ολίσθηση της εξάρθρωσης, ενισχύει την αντίσταση στην πλαστική παραμόρφωση, ενώ διατηρεί υψηλή ελαστική καταπόνηση.
