تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم، که به دلیل سبک وزن، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شدهاند، به طور گسترده در زمینههای هوافضا، مهندسی دریایی و زیستپزشکی مورد استفاده قرار گرفتهاند. در سالهای اخیر، با پیشرفت مداوم مفهوم طراحی «تحمل آسیب» در بخش صنعتی، تقاضا برای چقرمگی شکست تیتانیوم نیز به طور قابلتوجهی افزایش یافته است. با این حال، علیرغم دههها بهبود طراحی و پردازش آلیاژ، چقرمگی شکست آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم کمتر از 130 MPa∙m1/2 باقی مانده است که بسیار کمتر از برخی از فولادهای زنگ نزن آستنیتی و آلیاژهای مکعبی با آنتروپی متوسط/بالا است. با چقرمگی شکست بیش از 200 MPa∙m1/2). این محدودیت مانع از کاربرد تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در شرایط بارگذاری بحرانی شده است.
بهبود چقرمگی شکست مواد فلزی در درجه اول به مکانیسم های سخت کننده داخلی آنها بستگی دارد، که با بزرگ کردن ناحیه تغییر شکل پلاستیک در نوک ترک مانع از انتشار ترک می شود. به عبارت دیگر، هرچه ناحیه پلاستیکی بزرگتر باشد، چقرمگی شکست بالاتر است. در مقایسه با فلزات مکعبی روبهمرکز و مکعبمرکز بدن، تیتانیوم با ساختار ششضلعی بستهبندی نزدیکاش، تقارن شبکه کمتری را نشان میدهد و فعالسازی منشوری را آسانتر میکند.لغزش برای جای دادنتغییر شکل جهت با این حال، برای انطباق
برای مقابله با این چالش و باز کردن پتانسیل کامل چقرمگی شکست تیتانیوم، محققان دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه Xi'an Jiaotong به سرپرستی پروفسور Han Weizhong، یک مطالعه سیستماتیک در مورد چقرمگی شکست تیتانیوم خالص انجام دادند. آنها کشف کردند که ناخالصی های اکسیژن موجود در تیتانیوم، عامل اولیه ای است که به چقرمگی شکست ناکافی آن کمک می کند. حتی مقادیر کمی از ناخالصیهای اکسیژن میتواند از فعالیت دوقلویی تغییر شکل و جابجایی در تیتانیوم جلوگیری کند و به طور قابلتوجهی قابلیت تغییر شکل پلاستیک یکنواخت در نوک ترک را کاهش دهد. با کاهش محتوای ناخالصی اکسیژن از {0}}.14 درصد وزنی در تیتانیوم خالص تجاری به 0.02 درصد وزنی در تیتانیوم کم اکسیژن، تیم تحقیقاتی به افزایش قابل توجهی در چقرمگی شکست از 117 مگاپاسکال در متر مربع دست یافت. 2 تا 255 MPa∙m1/2. این دستاورد از چقرمگی شکست تمام آلیاژهای تیتانیوم خالص تجاری گزارش شده و آلیاژهای تیتانیوم و همچنین بیشتر مواد فلزی فراتر می رود و تیتانیوم کم اکسیژن را به یکی از سخت ترین مواد فلزی شناخته شده تا به امروز تبدیل می کند.
این مطالعه نه تنها چقرمگی شکست ذاتی فوق العاده بالای تیتانیوم را نشان داد، بلکه این باور متعارف را که چقرمگی شکست تیتانیوم ذاتاً به زیر 130 MPa∙m1/2 محدود شده است، شکست. کاهش قابل توجه در محتوای اکسیژن بر چالش شروع غلبه کرد
این مکانیسم سختکننده جدید و استراتژی کاهش محتوای ناخالصی بحرانی، بینش جدیدی را برای طراحی آلیاژهای تیتانیوم با تحمل آسیب بالا ارائه میکند. یافته های تحقیق در مجله معتبر بین المللی آکادمیک "Advanced Materials" تحت عنوان "کشف مقاومت درونی شکستگی بالای تیتانیوم از طریق محتوای ناخالصی اکسیژن کاهش یافته" منتشر شد. اولین نویسنده این مقاله، زو شیاووی، دانشجوی دکترای دانشگاه شیان جیائوتنگ، و نویسندگان همکار پروفسور هان ویژونگ و ما ان هستند. دانشگاه Xi'an Jiaotong تنها موسسه مربوطه برای این کار است که توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین و برنامه حمایت از استعدادهای برتر جوان دانشگاه شیان جیائوتنگ پشتیبانی می شود.
