ارزیابی تاثیر عملیات حرارتی بر تحولات ساختاری و خواص مکانیکی ترکیب بین فلزی Ti-48Al-2Cr-2Nb

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 دانشیار، دانشکده متالورژی و مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی همدان

10.22034/frj.2023.384529.1173

چکیده

هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر چرخه های متفاوت عملیات حرارتی بر تحولات ساختاری و خواص مکانیکی ترکیب بین فلزی Ti-48Al-2Cr-2Nb است. انجام عملیات حرارتی در دمای 1175 C به مدت 24 ساعت، سبب ایجاد ساختار دوگانه شامل دانه های γ به همراه کولونیهای لایه‏ ای فاز γ و 2α با میانگین اندازه دانه 1160 میکرومتر شد. انجام عملیات حرارتی در دمای 1400 C به مدت 30 دقیقه باعث ایجاد ساختار شبه لایه ای از همین فازها با اندازه دانه 1300 میکرومتر گردید. با افزایش زمان نگهداری به 60 دقیقه، ساختار کاملا لایه‏ ای با اندازه دانه 1120 میکرومتر ایجاد شد. کاهش اندازه دانه در زمان نگهداری بیشتر به تکمیل فرایند تبلور همراه با ایجاد کولونیهای جدید لایه ای و از بین رفتن دانه های گامای باقیمانده نسبت داده می‏شود. انجام عملیات حرارتی در دمای 1380C به مدت 45 دقیقه نیز سبب تشکیل ساختار کاملا لایه‌ای با اندازه دانه 950 میکرومتر شد، اما توزیع اندازه دانه در این حالت یکنواخت‏ تر از ساختار لایه ای تشکیل شده در دمای 1400 C بود. با افزایش کسر حجمی کولونی های لایه ای، سختی ترکیب افزایش یافت. سختی ساختار دوگانه برابر 282 ویکرز و ساختار شبه لایه ای برابر 320 ویکرز اندازه گیری شد. نتایج آزمایش گسیختگی تنشی نشان داد عمر گسیختگی ساختار لایه ای در دما و تنش ثابت 115 ساعت بوده است، درحالیکه عمر گسیختگی ساختار دوگانه 22 ساعت است. این اختلاف به فاصله اندک بین لایه ها و در نتیجه کاهش طول لغزش موثر نابجاییها و دوقلویی‏ها نسبت داده میشود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Chen Y.Y., et al., Research on the hot precision processing of TiAl alloys, Materials Science Forum, 2009, 620, 407-412.
[2] Lütjering G., Williams J.C., Titanium, 1St, ed. E.M.a. Processes, Berlin, Heidelberg: Springer, 2003.
[3] Matthew J., Donachie J., Titanium - a technical guide, 2000, United States of America ASM International.
[4] Appel F., Paul J.D.H., Oehring M., Gamma titanium aluminide alloys, Germany, Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011.
[5] Liu C.T., Stiegler J.O., ASM handbook online-titanium aluminides, titanium aluminides, ASM International, 2002.
[6] Clemens, H., Mayer S., Intermetallic gamma-titanium aluminide based alloys from a metallographic point of view - a continuation, Praktische Metallographie, 2011, 48(2) 64-100.
[7] Takeyama M., Kobayashi S., Physical metallurgy for wrought gamma titanium aluminides: Microstructure control through phase transformations, Intermetallics, 2005, 13(9) 993-999.
[8] Franzén S.F., Karlsson J., Titanium aluminide manufactured by electron beam melting, Department of Materials and Manufacturing Technology, Chalmers University of Technology: Gothenburg, Sweden, 2010.
[9] Hu D., Botten R., Phase transformations in some TiAl-based alloys, Intermetallics, 2002, 10(7) 701-715.
[10] Fuchs E., Thermo-Mechanical processing (TMP) of Ti-48Al-2Nb-2Cr based alloys, in Materials and Processes. 1995: United States.
[11] Charpentier M., Hazotte A., Daloz D., Lamellar transformation in near-Gamma TiAl alloys-Quantitative analysis of kinetics and microstructure, Materials Science and Engineering A, 2008, 491, 321-330.
[12] Gao Z., et al., A Newly generated nearly lamellar microstructure in cast Ti-48Al-2Nb-2Cr alloy for high-temperature strengthening, Metallurgical and Materials Transactions A, 2019. 50, 5839–5852.
[13] Yu W., et al., Effects of heat treatments on microstructures of TiAl alloys, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2021, 11, 1158-1178.
[14] Voort G.F.V., Handbook metallography and microstructurs Vol. 9. 2004, USA: ASM International.
[15] ASTM E384-Standard test method for microindentation hardness of materials, 2017.
[16] ASTM E 112: Standard test methods for determining average grain size, 2004.
[17] Hellwig A., Palm M., and Inden G., Phase equilibria in the Al-Nb-Ti system at high temperatures, Intermetallics, 1998, 6(2) 79-94.
[18] Kainuma R., et al., Phase equilibria among α (hcp), β (bcc) and γ (L10) phases in Ti–Al base ternary alloys, Intermetallics, 2000, 8(8) 855-867.
[19] Qin G., Wang J., Hao S., Discontinuous coarsening of primary α2/γ lamellae at colony boundaries in γ-TiAl-based alloys. Intermetallics, 1999, 7(1) 1-4.
[20] Lu Z., et al., Microstructure and mechanical properties of intermetallic Al3Ti alloy with residual aluminum, Materials and Design, 2016, 110, 466-474.
[21] Tan Y., et al., Effect of solution heat treatment on the microstructure and hardness of theTi-48Al-2Cr-2Nb alloy prepared by electron beam smelting, Journal of Materials Engineering and Performance, 2021, 31, 1387–1396.
[22] Li B.H., et al., Microstructure and mechanical properties of as-cast Ti–43Al–9V–0.3Y alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 473(1-2) 123-126.
[23] Huang H., et al., Phase transformation and microstructure evolution of a beta-solidified gamma-TiAl alloy, Journal of Alloys and Compounds, 2020, 860, 158082.
[24] Ott E.A., Pollock T.M., Microstructural development and creep deformation in equiaxed γ, γ+α2 and γ + α2+ B2 titanium aluminides, Metallurgical and Materials Transactions A, 1998, 29, 965-978.
[25] Wang Y., et al., Grain refinement of a TiAl alloy by heat treatment through near gamma transformation, Journal of Materials Science, 2001, 36, 4465– 4468.
[26] Cao S., et al, Phase transformations of the L12-Ti3Al phase in γ-TiAl alloy, Materials & Design, 2017, 121, 61-68.
[27] Kim Y.K., et al., High-temperature creep behavior of gamma Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy additively manufactured by electron beam melting, Materials Science & Engineering A, 2019, 763.
[28] Viswanathan G.B., et al., Creep properties of a fully-lamellar Ti–48Al–2Cr–2Nb alloy. Materials Science and Engineering A, 2001. 319, 833–837.
[29] Zhang W.J., Deevi S.C., The controlling factors in primary creep of TiAl-base alloys, Intermetallics, 2003, 11(2) 177-185.
[30] Maziasz P.J., Liu C.T., Development of ultrafine lamellar structures in two-phase γ-TiAl alloys, Metallurgical and Materials Transactions A, 1998, 29, 105-117.
[31] Bartholomeusz M.F., Wert J.A., Modeling creep deformation of a two-phase TiAI/Ti3Al alloy with a lamellar microstructure, Metallurgical and Materials Transactions A, 1994, 25, 2161-2171.