Ve špičkových -oborech, jako je letectví a vesmírný průzkum, musí materiály dosáhnout přesné rovnováhy mezi lehkým designem, funkční úplností a tolerancí vůči extrémním teplotním výkyvům. Slitiny s tvarovou pamětí byly dlouho považovány za vysoce slibné materiálové systémy díky své vynikající pevnosti, houževnatosti a potenciálu obnovy napětí. V únoru 2025 výzkumný tým vedený Ryosukem Kainumou z Tohoku University v Japonsku ve spolupráci s mezinárodními vědci úspěšně vyvinul slitinu na bázi titanu-hliníku-chrómu-. Tento materiál kombinuje ultra-vysokou pevnost, vynikající houževnatost a přizpůsobivost v širokém teplotním rozsahu a je v průmyslu široce považován za technologický standard pro příští generaci titanových slitin. Porovnání superelastických teplotních rozsahů a lehkých vlastností ukazuje obrázek 1.
1. Návrh nového lehkého složení vysoce pevné slitiny-
Zavedením lehkých prvků hliník (Al) a chrom (Cr) do titanové (Ti) matrice byla vyvinuta slitina se složením Ti–20Al–4,75Cr (atomové procento). Tato slitina má nízkou hustotu (4,36 × 10³ kg/m³) a vysokou měrnou pevnost až 185 × 10³ Pa·m³/kg, čímž výrazně předčí běžné slitiny na bázi Ti-Nb a komerční slitiny Ni{8}}Ti, přičemž si zachovává lehké vlastnosti slitin titanu. Superelastické vlastnosti blízkého okolí<110>jednoduché-krystalické slitiny Ti-Al-Cr jsou znázorněny na obrázku 2.
2. Ultra-superelastický výkon v širokém teplotním rozsahu
Slitiny s tvarovou pamětí na bázi titanu-hliníku-chrómu- vykazují plně obnovitelnou superelasticitu v extrémním teplotním rozsahu od 4,2 K (blízko absolutní nuly) do 400 K (asi 127 stupňů), přičemž pokrývají provozní teplotní rozpětí 396 K, což je více než pětinásobek komerčních slitin Ni{327–37}Ti. Tato charakteristika řeší problém superelastického porušení u konvenčních slitin s tvarovou pamětí při nízkých nebo vysokých teplotách.
3. Abnormální teplota-Mechanismus stresu závislé fáze transformace
Abnormální teplotní závislost kritického napětí pro fázovou transformaci byla poprvé objevena v ne-magnetických slitinách Ti- na bázi: při nízkých teplotách (<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. Vysoká vratná deformace a odolnost proti únavě
Slitina vykazuje obnovitelnou deformaci 7,3 % při pokojové teplotě, což se blíží deformaci komerčních slitin Ni-Ti (~8 %), což je více než dvojnásobek oproti konvenčním slitinám na bázi Ti-Nb- (<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. Uspořádaná struktura B2 a posílení nanodomény
Prostřednictvím rychlého zhášení a tepelného cyklování tvoří mateřská fáze slitiny nanodomény s uspořádanou strukturou B2 (průměrná velikost 15 nm), oddělené anti-fázovými hranicemi (APB). Tato uspořádaná nanostruktura účinně inhibuje dislokační skluz, zvyšuje odolnost proti plastické deformaci při zachování vysokého elastického napětí.
