اثر آنیل انحلالی دوفازی و پیرسازی بر رسوبات آلفا و خواص کششی آلیاژ تیتانیوم Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت

چکیده

آلیاژهای تیتانیوم شبه‌پایدار بتا دارای قابلیت دستیابی به ریزساختارهای متنوع به‌وسیله چرخه‌های مختلف عملیات حرارتی هستند. هدف از پژوهش حاضر، ایجاد ترکیبی از رسوبات آلفای کروی و سوزنی شکل ریز در آلیاژ تیتانیوم شبه‌پایدار بتا Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr با استفاده از آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β و پیرسازی برای بهبود خواص کششی آن است. به این منظور، روی تسمه‌ای از این آلیاژ عملیات‌ حرارتی آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β در دمای 750 درجه سانتی‌گراد انجام شد. سپس عملیات پیرسازی تک‌‌مرحله‌ای روی تعدادی از نمونه‌های آنیل انحلالی شده، در دماهای 500، 550 و 600 درجه سانتی‌گراد انجام گرفت. همچنین تعداد دیگری از نمونه‌های آنیل انحلالی شده، تحت عملیات‌ پیرسازی دو‌مرحله‌ای شامل پیرسازی مرحله اول در دمای 300 درجه سانتی‌گراد و پیرسازی مرحله دوم در دماهای 500، 550 و 600 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند. سپس تحولات ساختاری آلیاژ به‌وسیله میکروسکوپ الکترونی و الگوی پراش پرتوی ایکس و ارزیابی خواص کششی به‌وسیله‌ آزمایش کشش سرد بررسی شد. نتایج نشان داد که ریزساختار آلیاژ پس از آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β دارای فاز آلفای اولیه‌ کروی با اندازه یک میکرومتر در زمینه‌ بتا است. پیرسازی تک‌‌مرحله‌ای در دمای 550 درجه سانتی‌گراد پس از آنیل انحلالی α+β منجر به تشکیل لایه‌های ریز آلفای ثانویه به ضخامت میکرومتر 0/2 شد. این چرخه عملیات حرارتی، منجر به دستیابی به استحکام تسلیم 1120 مگاپاسکال و انعطاف‌پذیری 13/7 درصد شد. انجام پیرسازی دو مرحله‌ای در دمای 300 درجه سانتی‌گراد و سپس در دمای درجه 550 سانتی‌گراد، منجر به کاهش ضخامت آلفای ثانویه به 0/1 میکرومتر و افزایش استحکام تسلیم و انعطاف‌پذیری به‌ترتیب به 1190 مگاپاسکال و 14/8 درصد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

EFFECT OF THE TWO-PHASE SOLUTION ANNEALING AND AGING ON ALPHA PRECIPITATES AND TENSILE PROPERTIES OF Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr ALLOY

نویسندگان [English]

  • H. Saki
  • M. Morakabati
  • R. Mahdavi
چکیده [English]

Metastable beta titanium alloys have the ability to achieve different microstructures as a result of various heat treatment cycles. The aim of the present study was to create a combination of fine spherical and needle-shaped alpha phase in a metastable beta Titanium alloy (Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr) using two-phase solution annealing and aging to improve tensile properties. In this regard, one strip of the alloy was solution annealed in the two-phase region (α+β) at 750°C. Then, some of the solution treated specimens were aged in one step and the others in two steps. The microstructural observation and phase analysis were studied by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD), respectively followed by investigating tensile properties using tensile test. The results exhibited that the microstructure of the alloy after annealing in the two-phase region (α+β) consisted of a spherical primary alpha phase of 1 μm in the beta matrix. One-step aging at 600°C resulted in a microstructure without secondary alpha layers. This heat treatment cycle resulted a yield strength of 980 MPa and fracture strain of 13.9%. Two-step aging at 300°C and 600°C led to formation of the secondary alpha layers with 0.1 μm thickness and increased the yield strength and fracture strain to 1007 MPa and 15.8%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr alloy
  • Two-phase solution annealing
  • Two-step aging
  • Microstructural evolution
  • Tensile Properties
1. Froes, F. H., Titanium: Physical Metallurgy, Processing, and Applications, ASM international, p. 94, 2015. 2. Sachdev, A. K., Kulkarni, K., Fang, Z. Z., Yang, R., and Girshov, V., “Titanium for Automotive Applications: Challenges and Opportunities in Materials and Processing”, Jom, Vol. 64, No. 5, pp. 553-565, 2012. 3. Elias, C. N., Lima, J. H. C., Valiev, R., and Meyers, M. A., “Biomedical Applications of Titanium and Its Alloys”, Jom, Vol. 60, No. 3, pp. 46-49, 2008. 4. Peters, M., Kumpfert, J., Ward, C. H., and Leyens, C., “Titanium Alloys for Aerospace Applications”, Advanced Engineering Materials, Vol. 5, No. 6, pp. 419-427, 2003. 5. Leyens, C., and Peters, M., (eds.), Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons, 2003. 6. Fan, J., Li, J., Kou, H., Hua, K., Tang, B., and Zhang, Y., “Influence of Solution Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of a Near β Titanium Alloy Ti-7333”, Materials & Design, Vol. 83, pp. 499-507, 2015. 7. Shekhar, S., Sarkar, R., Kar, S. K., and Bhattacharjee, A., “Effect of Solution Treatment and Aging on Microstructure and Tensile Properties of High Strength β Titanium Alloy, Ti–5Al–5V–5Mo–3Cr”, Materials & Design, Vol. 66, pp. 596-610, 2015. 8. Agarwal, N., Bhattacharjee, A., Ghosal, P., Nandy, T. K. and Sagar, P. K., “Heat Treatment, Microstructure and Mechanical Properties of a Metastable β Titanium Alloy Timetal® 21s”, Transactions of the Indian Institute of Metals, Vol. 61, No. 5, pp. 419-425, 2008. 9. Sauer, C., and Luetjering, G., “Thermo-Mechanical Processing of High Strength β-Titanium Alloys and Effects on Microstructure and Properties”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 117, No. 3, pp. 311-317, 2001. 10. Furuhara, T., Maki, T., and Makino, T., “Microstructure Control by Thermomechanical Processing in β-Ti–15–3 Alloy”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 117, No. 3, pp. 318-323, 2001. 11. Ivasishin, O. M., Markovsky, P. E., Matviychuk, Y. V., Semiatin, S. L., Ward, C. H., and Fox, S., “A co MPa Rative Study of the Mechanical Properties of High-Strength β-Titanium Alloys”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 457, No. 1-2, pp. 296-309, 2008. 12. Sadeghpour, S., Abbasi, S. M., Morakabati, M., Kisko, A., Karjalainen, L. P., and Porter, D. A., “On the Compressive Deformation Behavior of New Beta Titanium Alloys Designed by d-Electron Method”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 746, pp. 206-217, 2018. 13. Sadeghpour, S., Abbasi, S. M., Morakabati, M., and Karjalainen, L. P., “Effect of Dislocation Channeling and Kink Band Formation on Enhanced Tensile Properties of a New Beta Ti Alloy”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 808, p. 151741, 2019. 14. Gammon, L. M., Briggs, R. D., Packard, J. M., Batson, K. W., Boyer, R., and Domby, C. W., Metallography and Microstructures of Titanium and Its Alloys, ASM handbook, Vol. 9, pp. 899-917, 2004. 15. ASTM, 8M. Standard Test Methods of Tension Testing of Metallic Materials [metric], 2013. 16. Peters, J. O., Lütjering, G., Koren, M., Puschnik, H., and Boyer, R. R., “Processing, Microstructure, and Properties of β-CEZ”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 213, No. 1-2, pp. 71-80, 1996. 17. Porter, D. A. and Easterling, K. E., Phase Transformations in Metals and Alloys, (Revised Reprint). CRC Press, 2009. 18. Shewmon, P., (eds.), Diffusion in Solids. Springer, 2016. 19. Yolton, C. F., Froes, F. H. and Malone, R. F., “Alloying Element Effects in Metastable Beta Titanium Alloys”, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 10, No. 1, pp. 132-134, 1979. 20. Kolli, R. P. and Devaraj, A., “A Review of Metastable Beta Titanium Alloys”, Metals, Vol. 8, No. 7, p. 506, 2018. 21. Du, Z., Xiao, S., Xu, L., Tian, J., Kong, F., and Chen, Y., “Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of a New β High Strength Titanium Alloy”, Materials & Design, Vol. 55, pp. 183-190, 2014. 22. He, T., Feng, Y., Luo, W., He, Y., Tian, L., and Lai, Y., “Microstructural Evolution of ω Assisted α Precipitates in β-CEZ Alloy During Ageing Process”, Materials Characterization, Vol. 138, pp. 19-25, 2018. 23. Sadeghpour, S., Abbasi, S. M., Morakabati, M., and Bruschi, S., “Correlation Between Alpha Phase Morphology and Tensile Properties of a New Beta Titanium Alloy”, Materials & Design, Vol. 121, pp. 24-35, 2017. 24. Santhosh, R., Geetha, M., and Rao, M. N., “Recent Developments in Heat Treatment of Beta Titanium Alloys for Aerospace Applications”, Transactions of the Indian Institute of Metals, Vol. 70, No. 7, pp. 1681-1688, 2017. 25. Song, Z. Y., Sun, Q. Y., Xiao, L., Liu, L., Wang, H., Chen, W., Sun, J., and Ge, P., “The Influence of Prior Cold Deformation on Precipitation of Alpha Phase and Variation of Hardness in Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5 Al During Aging Treatment”, Journal of Materials Research, Vol. 24, No. 2, pp. 452-458, 2009. 26. Aeby-Gautier, E., Settefrati, A., Bruneseaux, F., Appolaire, B., Denand, B., Dehmas, M., Geandier, G., and Boulet, P., “Isothermal α ″Formation in β Metastable Titanium Alloys”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 577, pp. S439-S443, 2013. 27. Sheikhali, A., Morakkabati, M., and Abbasi, S. M., “Flow Behavior of SP-700 Titanium Alloy During Hot Tensile Deformation in α+β and β Phase Regions”, Journal of Advanced Materials In Engineering, (Esteghlal), Vol. 38, No. 1, pp. 37-48, 2019. 28. Song, Z. Y., Sun, Q. Y., Xiao, L., Liu, L., and Sun, J., “Effect of Prestrain and Aging Treatment on Microstructures and Tensile Properties of Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5 Al Alloy”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 527, No. 3, pp. 691-698, 2010. 29. Dieter, G. E., and Bacon, D. J., Mechanical Metallurgy, McGraw-hill New York, 1986.

تحت نظارت وف ایرانی