בתחומים-מתקדמים כגון חקר חלל וחלל, חומרים צריכים להשיג איזון מדויק בין עיצוב קל משקל, שלמות פונקציונלית וסובלנות לתנודות תרמיות קיצוניות. סגסוגות של זיכרון צורות נחשבות זה מכבר כמערכות חומר מבטיחות ביותר בשל החוזק המצוין שלהן, קשיחותן ופוטנציאל התאוששות המתח שלהן. בפברואר 2025, צוות המחקר בראשות Ryosuke Kainuma באוניברסיטת טוהוקו ביפן, בשיתוף עם חוקרים בינלאומיים, פיתח בהצלחה סגסוגת מבוססת טיטניום-אלומיניום-כרום-. חומר זה משלב חוזק גבוה במיוחד, קשיחות מעולה ויכולת הסתגלות על פני טווח טמפרטורות רחב, ונחשב באופן נרחב בתעשייה כאמת מידה טכנולוגית לדור הבא של סגסוגות טיטניום. השוואות של טווחי טמפרטורות סופר-אלסטיים ותכונות קלות משקל מוצגות באיור 1.
1. עיצוב קומפוזיציה חדשה של סגסוגת- קלת משקל גבוהה
על ידי הכנסת יסודות קלים אלומיניום (Al) וכרום (Cr) לתוך מטריצת טיטניום (Ti), פותחה סגסוגת בהרכב של Ti–20Al–4.75Cr (אחוז אטומי). לסגסוגת זו יש צפיפות נמוכה (4.36 × 10³ ק"ג/מ"ק) וחוזק סגולי גבוה של עד 185 × 10³ Pa·m³/kg, ביצועים גבוהים משמעותית מסגסוגות מבוססות Ti-Nb וסגסוגות Ni-Ti מסחריות, תוך שמירה על מאפייני סגסוגות טיטניום קלות משקל של. התכונות העל-אלסטיות של ליד<110>סגסוגות יחיד-גביש Ti-Al-Cr מוצגות באיור 2.
2. ביצועים סופר אלסטיים בטווח טמפרטורות רחב במיוחד.-
סגסוגות זיכרון צורות מבוססות טיטניום-אלומיניום-כרום{{2} מפגינות גמישות-על הניתנת להחלמה מלאה בטווח טמפרטורות קיצוני מ-4.2 K (קרוב לאפס מוחלט) עד 400 K (בערך 127 מעלות ), המכסות טווח טמפרטורות תפעולי של 396 K, שהוא יותר מ-Ti{7} יותר מ-Ni{7} באופן מסחרי. 273–353 K). מאפיין זה מתייחס לנושא של כשל סופר-אלסטי בסגסוגות קונבנציונליות של זיכרון צורות בטמפרטורות נמוכות או גבוהות.
3. טמפרטורה חריגה-מנגנון מתח של טרנספורמציה של שלב תלוי
תלות הטמפרטורה החריגה של המתח הקריטי לשינוי פאזה התגלתה לראשונה בסגסוגות שאינן-מגנטיות מבוססות Ti-: בטמפרטורות נמוכות (<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. עמידות גבוהה למתח ועייפות
הסגסוגת מציגה מתח בר-השבה של 7.3% בטמפרטורת החדר, קרוב לזה של סגסוגות Ni-Ti מסחריות (~8%), שהוא יותר מפי שניים מסגסוגות מבוססות Ti-Nb- רגילות (<3%). Moreover, it maintains stable superelasticity even after 200 loading-unloading cycles, demonstrating excellent functional fatigue resistance.
5. הוזמן מבנה B2 וחיזוק ננודומיין
באמצעות כיבוי מהיר ומחזוריות תרמית, שלב האב של הסגסוגת יוצר ננו-דומיינים בעלי מבנה B2 מסודר (גודל ממוצע 15 ננומטר), המופרדים על ידי גבולות אנטי--פאזה (APB). מבנה ננו מסודר זה מעכב ביעילות החלקת נקע, משפר את העמידות בפני דפורמציה פלסטית, תוך שמירה על מתח אלסטי גבוה.
