Titan uchun yangi vaqt (1)
Metalllar orasida titanning mustahkamligi va yengilligi, korroziyaga chidamliligi va haddan tashqari haroratga bardosh berish qobiliyati uning qiymatini, ayniqsa, og'irlik va atrof-muhitga sezgir ilovalar uchun uzoq vaqtdan beri ajratib turadi. U birinchi marta 18-asr oxirida tasvirlanganida, kashfiyotchi Titanlar uchun metallni - qadimgi yunon mifologiyasida Yer va osmondan tug'ilgan xudolar deb atagan.
Vaqt faqat titanning yorqinligini yoqib yubordi. "Men materialshunosman va shuning uchun odamlar ba'zan mendan:"Sizning eng yaxshi ko'rgan elementingiz nima?", - deydi materialshunoslik va muhandislik professori Endryu Minor. Binolar, samolyotlar, raketalar, kosmik kemalar va boshqalar uchun u shunday deydi: "Agar siz eng kam vaznga ega bo'lgan eng kuchli materialni istasangiz, bu titan. Agar imkonimiz bo'lsa, biz hamma narsani titandan yasalardik."
Darhaqiqat, sanoat dizaynerlari uchun kuchli, engil, yuqori yoqilg'i tejaydigan avtomobillar, yuk mashinalari va samolyotlar yoki super korroziyaga chidamli yuk kemalari, titan orzulari bo'lishi kerak.
Muammo? "Bu juda qimmat", deydi Minor, faqat eng kuchli va bardoshli materiallar etarli bo'lganda po'latning o'rnini bosishi mumkin bo'lgan sanoat darajasidagi titanium yoki titanium qotishmalari haqida. Titan ishlab chiqarish narxi zanglamaydigan po'latdan taxminan olti baravar yuqori. Natijada, uning qo'llanilishi aerokosmik uchun maxsus qismlar, zargarlik buyumlari kabi yuqori darajadagi buyumlar yoki boshqa ilovalar bilan cheklangan.
Bundan tashqari, sof titan faqat o'rtacha kuchga ega, deb tushuntiradi Minor. U kislorod, alyuminiy, molibden, vanadiy va tsirkonyum kabi elementlar bilan mustahkamlanishi mumkin; ammo, bu ko'pincha egiluvchanlik hisobiga - metallning yorilishsiz tortilishi yoki deformatsiyalanishi qobiliyati.
Endi, o'n yillik izlanishlardan so'ng, Minor va uning Berklilik hamkasblari, jumladan Mark Asta, Deril Krzan va JV Morris Jr., shuningdek kafedra professorlari tufayli titan uchun yangi davr, jumladan, muhandislik dasturlari kengayib borayotgani yaqinlashmoqda. Materialshunoslik va muhandislik fakulteti. Ular titanni turli xil strukturaviy yoki muhandislik ilovalari uchun amaliy qo'llanilishini kengaytirish umidida har qanday yo'l bilan tekshirib chiqdilar va ishlab chiqardilar.
Buning o'rniga, tijorat darajasidagi titanning haddan tashqari narxiga sabab bo'lgan narsa, Minorning tushuntirishicha, ko'pincha titan barlari, ingotlari va boshqa metal shakllarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan murakkab Kroll jarayoni, ulardan foydalanish mumkin bo'lgan qismlar va boshqa mahsulotlar. Jarayon argon gazi kabi qimmatbaho materiallardan foydalanishni o'z ichiga oladi va u energiyani ko'p talab qiladi, ayniqsa kislorod aralashmalarini nazorat qilish uchun juda yuqori haroratlarda bir nechta eritishni talab qiladi.
Darhaqiqat, titan va kislorodning jumboqli munosabati bor, buni Minor, Asta, Chrzan, Morris va uning hamkasblari yaxshiroq tushunishni xohlashgan. Jamoa kuchli mustahkamlovchi ta'sirga ega bo'lish uchun titanium qotishmalarida kislorodli aralashma ko'pincha ishlatilishini bilar edi. Atom kislorod miqdorining ozgina ko'payishi natijasida hosil bo'lgan titan metalning kuchini bir necha baravar oshirishi mumkin.
Afsuski, kislorod ham metallning egiluvchanligining yanada katta pasayishiga olib kelishi mumkin. U mo'rt bo'lib, sinadi va sinadi.
Ammo "kislorod hamma joyda", deydi Minor titanning kislorodga yuqori ta'sirchanligi atrofida manevr qilish qiyinligi haqida. "Bu manba materialidan kelib chiqadigan nopoklik emas, siz shunchaki qochishingiz mumkin."
U titanning kislorodga nisbatan sezgirligini haddan tashqari deb tavsiflaydi. "Uning qanchalik kuchli ekanligi juda g'alati", deydi Minor. Bu metallga ham yaxshi, ham yomon ta'sir qiladi, shu bilan birga alyuminiy va po'lat kabi metallar uchun bir xil miqdordagi kislorod mavjudligi ahamiyatsiz, chunki uni qayta ishlashda osonroq hal qilish mumkin.
Batafsil ma'lumot olish uchun jamoa stress ostida va turli kislorod miqdori bilan titandagi deformatsiya jarayonini modellashtirish uchun yuqori unumdor kompyuterlarga murojaat qildi. Astaning so'zlariga ko'ra, kompyuter modellari "titan metallurgiyasidagi ushbu ajoyib muammoni o'rganishga imkon beradigan kuchli vositalar to'plamidir".
Jamoaning asosiy kashfiyotlaridan biri metall stress ostida bo'lganida titanning kristal tuzilishidagi kislorod atomlarining aralashishi egiluvchanlikni yo'qotishini tushunish uchun kalit bo'ldi. Stresssiz holatda kislorod molekulalari titan atomlari orasidagi tabiiy bo'shliqlarda hech qanday hodisasiz joylashadi. Ammo mexanik kuchlar ta'sirida kislorod atomlari qo'shni bo'shliqlarga siljishi mumkin, bu erda ular dislokatsiyalarga nisbatan kamroq qarshilik ko'rsatadi, agar ular tarqalsa, metallni zaiflashtiradi.
"Kislorod tizimli zaiflikka yordam beradi", deydi Minor. Mexanik kuchlar metallni deformatsiya qilganda, ko'chirilgan kislorod atomlari strukturaviy nuqsonlarning tarqalishini blokirovka qilish o'rniga, tekislik deb ataladigan sirpanishni osonlashtirishi mumkin.
Astaning so'zlariga ko'ra, planar sirpanish metallning kristall strukturasidagi nuqsonlar to'lqiniga o'xshaydi, ular bir-birining ustiga qurishadi va natijada sinishlar, yoriqlar va metallning mo'rt bo'lagiga olib keladi.
Titanda dislokatsiya qanday paydo bo'lishi va tarqalishi mumkinligini tushunish uchun Chrzan katta, og'ir gilamni ko'chirishga harakat qilishni taklif qiladi.
"Juda katta gilamni bir uchidan olib, pol bo'ylab yangi joyga sudrab borish mumkin", deydi u. Ammo gilamni siljitishning yana bir usuli - bir uchida to'lqin hosil qilish, so'ngra gilamning yuqori qismi bo'ylab oyoqlaringizni aralashtirib, boshqa uchigacha "yurish" mumkin. Agar uning harakatiga hech narsa to'sqinlik qilmasa, butun gilam to'lqin kengligiga teng masofaga siljigan bo'ladi.
Titandagi bunday "to'lqinlar" ni elektron mikroskopda ko'rish mumkin. "Siz barcha dislokatsiyalar qatorda joylashganini ko'rishingiz mumkin", deydi Minor. "Va bu egiluvchanlik uchun yomon, chunki ular bir qatorda bo'lsa va faqat bir-biriga ergashsa, ular chigal bo'lib qolmaydi [va shu tariqa to'xtab qoladi], shuning uchun metall qattiq ishlamaydi. Sizda stress kontsentratsiyasi paydo bo'ladi va siz shu erda bo'lasiz. yoriq."
(Davomi bor)