بررسی وقوع استحاله فازی در آلیاژ Ti-6242 و تعیین دمای استحاله آن

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 11، دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 38، آذر 1395، صفحه 125-134   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

علیرضا حجاری^{* 1}؛ مریم مرکباتی²؛ رامین حسینی¹؛ یاور منصوری¹؛ مهدی عباسی²

¹دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران

²هیات علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران

چکیده

هدف از پژوهش حاضر تعیین دمای استحاله‌ی دو آلیاژ Ti-6242 و بررسی تأثیر مقادیر مختلف عناصر بر پایداری فازهای آلفا و بتا با استفاده از بررسی‌های ریزساختاری و آزمایش پیچش گرم است. تعیین دمای استحاله‌ی بتا نقش مهمی در طراحی دقیق عملیات ترمومکانیکی و عملیات حرارتی در آلیاژهای تیتانیم دارد و از این‌رو عامل تأثیرگذاری بر خواص مکانیکی آلیاژهای دوفازی تیتانیم می‌باشد. برای این منظور، آزمایش پیچش گرم با نرخ کرنش s-1 001/0 در بازه‌ی دمایی ˚C960 تا ˚C1090 و نرخ سرمایش ˚C/s5/0 انجام شد. هم‌چنین بررسی‌های متالوگرافی با هدف تعیین دمای جوانه‌زنی فاز آلفای مرزدانه‌ای و مشاهده‌ی تحولات ریزساختاری حین استحاله‌ی فازی روی نمونه‌های عملیات حرارتی شده در بازه‌ی دمایی °C980 تا °C1020 به مدت 40 دقیقه و کوئنچ در آب، صورت گرفت. بررسی‌ها نشان داد که با افزایش 10 درصدی Aleq/Moeq ، دمای استحاله‌ی بتا در آلیاژ Ti-6242 به میزان حدود °C5 افزایش می‌یابد. به این ترتیب، دمای استحاله‌ی این دو آلیاژ بین °C1000 تا °C1010 تخمین زده شد. هم‌چنین دمای استحاله حاصل از آزمایش پیچش گرم دارای انحرافی حدود °C10 با نتایج حاصل از متالوگرافی است که این اختلاف ناشی از وقوع استحاله تسریع شده به دلیل اعمال کرنش است.

کلیدواژه‌ها

آلیاژ Ti-6242؛ دمای استحاله‌ی بتا؛ فازهای آلفا و بتا؛ آزمایش پیچش گرم

مراجع

[1]     G. Welsch, R. Boyer & E. W. Collings, “Materials Properties Handbook: Titanium Alloys”, ASM International, 1993.

 

[2]     G. Lütjering and J. C. Williams, “Titanium”, Springer, 2007.

 

[3]     Z. Guo, S. Malinov & W. Sha, “Modelling beta transus temperature of titanium alloys using artificial neural network”, Computational materials science, Vol. 32, pp. 1-12, 2005.

 

[4]     Polmear, “Light Alloys: From Traditional Alloys to Nanocrystals”, fourth ed.: Elsevier Science, 2005.

 

[5]     C. Leyens & M. Peters, “Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications”, Wiley, 2006.

 

[6]     V. N. Moiseyev, “Titanium Alloys: Russian Aircraft and Aerospace Applications”, Taylor & Francis, 2005.

 

[7]     W. Sha & Z. Guo, “Phase evolution of Ti–6Al–4V during continuous heating”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 290L, pp. 3-7, 1999.

 

[8]     S. Tamirisakandala, R. B. Bhat, D. B. Miracle, S. Boddapati, R. Bordia & R. Vanover, et al., “Effect of boron on the beta transus of Ti–6Al–4V alloy”, Scripta Materialia, Vol. 53, pp. 217-222, 2005.

 

[9]     S. Roy, V. Tungala & S. Suwas, “Effect of Hypoeutectic Boron Addition on the β Transus of Ti-6Al-4V Alloy”, Metallurgical and Materials Transactions, Vol. 42A, pp. 2535-2541, 2011.

 

[10] P. Tarín, M. C. Rodríguez, A. G. Simón, N. M. Piris, J. M. Badía & J. M. Antoranz, “α ↔ β changes in Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo-Si alloy: Characterization, microstructure, and mechanical properties”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 220, pp. 241-246, 2006.

 

[11] N. Saunders, X. Li, A. Miodownik & J. Schille, “An Integrated Approach To The Calculation Of Materials Properties For Ti-Alloys”, in Proceedings of the 10th World Conference on Titanium. Hamburg, 2005.

 

[12] M. Rakhshkhorshid, S. H. Hashemi & H. Monajatizadeh, “The use of hot torsion testing for determination of critical temperatures of API X65 steel”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, 2015.

 

[13] T. Ahmed & H. J. Rack, “Phase transformations during cooling in α+β titanium alloys”, Materials Science and Engineering, Vol. 243A, pp. 206-211, 1998.

 

[14] Kumar, T. Jayakumar, B. Raj & D. Banerjee, “A new methodology for identification of β-transus temperature in α+ β and β titanium alloys using ultrasonic velocity measurement”, Philosophical Magazine, Vol. 88, pp. 327-338, 2008.

 

[15] F. Zhang, F.-Y. Xie, S.-L. Chen, Y. Chang, D. Furrer & V. Venkatesh, “Predictions of titanium alloy properties using thermodynamic modeling tools”, Journal of materials engineering and performance, Vol. 14, pp. 717-721, 2005.

 

[16] N. Reddy, C. Lee, J. Kim & S. Semiatin, “Determination of the beta-approach curve and beta-transus temperature for titanium alloys using sensitivity analysis of a trained neural network”, Materials Science and Engineering, Vol. 434A, pp. 218-226, 2006.

 

[17] P. Hodgson, D. Collinson & B. Perrett, “The use of hot torsion to simulate the thermomechanical processing of steel”, Physical Simulation of Casting, Hot Rolling and Welding, pp. 219-229, 1997.

 

[18] H. Beladi, G. Kelly, A. Shokouhi & P. Hodgson, “Effect of thermomechanical parameters on the critical strain for ultrafine ferrite formation through hot torsion testing”, Materials Science and Engineering, Vol. 367A, pp. 152-161, 2004.

 

[19] Shokouhi & P. Hodgson, “Dynamic adjustment of ferrite grains during dynamic strain induced transformation”, Materials science and technology, Vol. 23, pp. 1233-1242, 2007.

 

[20] Shokouhi & P. Hodgson, “Effect of transformation mechanism (static or dynamic) on final ferrite grain size”, Materials science and technology, Vol. 25, pp. 29-34, 2009.

 

[21] G. E. Dieter, H. A. Kuhn & S. L. Semiatin, “Handbook of Workability and Process Design”, ASM International, 2003.

 

[22] J. S. Fields & W. A. Backofen, “Determination of strain-hardening characteristics by torsion testing”, american society for testing and materials proceedings, Vol. 57, pp. 1259-1272, 1957.

 

[23] Weiss and S. L. Semiatin, “Thermomechanical processing of alpha titanium alloys an overview”, Materials Science and Engineering: A, vol. 263, pp. 243-256, 1999.

 

[24] Weiss & S. L. Semiatin, “Thermomechanical processing of beta titanium alloys an overview”, Materials Science and Engineering, Vol. 243A, pp. 46-65, 1998.

 

[25] S. L. Semiatin & T. R. Bieler, “The effect of alpha platelet thickness on plastic flow during hot working of TI–6Al–4V with a transformed microstructure”, Acta Materialia, Vol. 49, pp. 3565-3573, 2001.

 

[26] P. Dadras & J. F. Thomas, “Characterization and modeling for forging deformation of Ti-6Ai-2Sn-4Zr-2Mo-0.1 Si”, Metallurgical Transactions, Vol. 12A, pp. 1867-1876, 1981.

 

[27] Y. V. R. K. Prasad & S. Sasidhara, “Hot Working Guide: A Compendium of Processing Maps”, ASM International, 1997.

 

[28] R. Abbaschian & R. Reed-Hill, “Physical Metallurgy Principles - SI Version”, Cengage Learning, 2009.

 

[29] R. E. Smallman & A. H. W. Ngan, “Physical Metallurgy and Advanced Materials”, Elsevier Science, 2011.

 

[30] Dehghan-Manshadi & R. J. Dippenaar, “Strain-induced phase transformation during thermo-mechanical processing of titanium alloys”, Materials Science and Engineering, Vol. 552A, pp. 451-456, 2012.

 

[31] Liu, H. Matsumoto, Y. P. Li, Y. Koizumi, Y. Liu, & A. Chiba, “Dynamic Phase Transformation during hot-forging process of a powder metallurgy alpha+beta; Titanium Alloy”, Materials Transactions, Vol. 53, pp. 1007-1010, 2012.