بررسی فرآیندهای ترمیم دینامیکی و استاتیکی در تغییرشکل گرم آلیاژ تیتانیوم SP-700

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 4، دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 49، شهریور 1398، صفحه 45-62   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

امیرحسین شیخعلی¹؛ مریم مرکباتی²؛ سید مهدی عباسی^{* 3}

¹دانشجوی دکتری، رشته مهندسی مواد و متالورژی، پژوهشکده مواد فلزی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

²پژوهشکده مواد فلزی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

³دانشیار/ پژوهشکده مواد فلزی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

به منظور بررسی فرآیندهای ترمیم دینامیکی و استاتیکی آلیاژ SP-700، در این تحقیق آزمایش پیچش گرم پیوسته و منقطع در دماهای 850 و ºC1000 با کرنش‌ها و زمان‌های بین پاسی مختلف انجام شد. مکانیزم غالب تغییرشکل در دمای ºC1000، تبلورمجدد دینامیکی (DRX) است. درحالیکه در دمای ºC850، تضرس و درهم تنیدگی مرزدانه‌ها مشاهده شد. با این وجود ریزساختار نمونه پیچش گرم در دمای ºC850 حاوی دانه‌های ریز (10-3 میکرون) بوده که بیانگر وقوع تبلورمجدد دینامیکی است. دانه‌های تبلورمجدد یافته در اطراف مرزدانه‌ها و نقاط سه‌گانه از طریق مکانیزم تحدب تشکیل شده‌اند. با افزایش کرنش پاس اول (5/0ε=) در دمای ºC1000، بدلیل افزایش نیرو محرکه جوانه‌زنی و رشد دانه‌های جدید، سینتیک فرآیند ترمیم استاتیکی نیز افزایش می‌یابد. اما در کرنش‌های حالت پایدار (1ε=) بدلیل وقوع تبلورمجدد دینامیکی کامل حین تغییرشکل، نیرو محرکه و در نتیجه سینتیک فرآیند ترمیم استاتیکی کمتر است. در واقع، در دمای ºC850 علاوه بر ترمیم استاتیکی، وقوع استحاله فازی α به β نیز در کسر نرم‌شدگی تاثیر دارد.

کلیدواژه‌ها

آلیاژ تیتانیوم SP-700؛ پیچش گرم؛ تبلورمجدد دینامیکی؛ ترمیم استاتیکی؛ استحاله فازی

مراجع

 

[1]     Department of Defense Handbook, “Metallic Materials and Elements for Aerospace Vehicle Structuresˮ, MIL-HDBK-5J, pp.125–131, 2003.

 

[2]     M. J. Tan & S. F. Hassan, “High temperature deformation of titanium SP-700ˮ, Ti-2007 Science and Technology, pp. 567-570, 2007.

 

[3]     Y. H. Lin, S. M. Wu, F. H. Kao, S. H. Wang, J. R. Yang, C. C. Yang & C. S. Chiou, “Microtwin formation in the α phase of duplex titanium alloys affected by strain rateˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 528, pp. 2271–2276, 2011.

 

[4]     A. Ogawa, M. Niikura, C. Ouchi, K. Minikawa & M. Yamada, “Development and applications of titanium alloy SP-700 with high formabilityˮ, Journal of Testing and Evaluation, Vol. 24, pp. 100–109, 1996.

 

[5]     B. Gunawarman, M. Niinomi, T. Akahori, J. Takeda & H. Toda, “Mechanical properties of Ti–4.5Al–3V–2Mo–2Fe and possibility for healthcare applicationsˮ, Materials Science and Engineering C, Vol. 25, pp. 296-303, 2005.

 

[6]     B. Gunawarman, M. Niinomi, D. Eylon, S. Fujishiro, C. Ouchi & T. Kazino, “Improvement in fracture toughness of Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe through microstructural optimizationˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 34, pp. 267-275, 2003.

 

[7]     Y. H. Lin, K. H. Hu, F. H. Kao, S. H. Wang, J. R. Yang & C. K. Lin, “Dynamic strain aging in low cycle fatigue of duplex titanium alloysˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 528, pp. 4381–4389, 2011.

 

[8]     H. Fukai, K. Minakawa & C. Ouchi, “Strength–ductility relationship in solution treated and aged α+β type Ti–4.5%Al–3%V–2%Fe–2%Mo titanium alloyˮ, ISIJ International, Vol. 44, pp. 1911–1917, 2004.

 

[9]     AMS 4899C, “Titanium alloy, sheet, strip, and plate Ti - 4.5Al - 3V - 2Fe - 2Mo annealedˮ, 2011.

 

[10] AMS 4964C, “Titanium alloy bars, wire, forgings, and rings Ti - 4.5Al - 3V - 2Fe - 2Mo annealedˮ, 2011.

 

[11] S. L. Semiatin & G. D. Lahoti, “Deformation and unstable flow in hot torsion of Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Siˮ, Metallurgical Transactions A, Vol. 12, pp. 1719-1729, 1981.

 

[12] D. S. Fields & W. A. Backofen, “Determination of strain-hardening characteristics by torsion testingˮ, American Society for Testing and Materials Proceeding, Vol. 54, pp. 1259-1273, 1957.

 

[13] ASTM A938: “Standard test method for torsion testing of wireˮ, 2013.

 

[14] S. Sadeghpour, S. M. Abbasi & M. Morakabati, “Deformation-induced martensitic transformation in a new metastable β titanium alloyˮ, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 650, pp. 22-29, 2015.

 

[15]    ع. حجّاری، م. مرکّباتی، ر. حسینی، ی. منصوری و س. م. عبّاسی، "بررسی وقوع استحاله فازی در آلیاژ Ti-6242  و تعیین دمای استحاله آن"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره سوم، صفحه 134-125، 1395.

 

[16] L. He, A. Dehghan-Manshadi & R. J. Dippenaar, “The evolution of microstructure of Ti–6Al–4V alloy during concurrent hot deformation and phase transformationˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 549, pp. 163–167, 2012.

 

[17] R. Srinivasan & I. Weiss, “High temperature deformation of the near beta Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al alloyˮ, Proceeings of a Symposium on Beta titanium alloys in the 1990's, Colorado, pp. 283-295, 1993.

 

[18] T. Furuhara, B. Poorganji, H. Abe & T. Maki, “Dynamic Recovery and Recrystallization in Titanium Alloys by Hot Deformationˮ, JOM, pp. 64-68, 2007.

 

[19] T. Furuhara, Y. Toji, H. Abe & T. Maki, “Dynamic recovery and recrystallization in beta-titanium alloysˮ, Materials Science Forum, Vol. 426-432, pp. 655-660, 2003.

 

[20] F. Montheillet, D. Dajno, N. Come, E. Gautier, A. Simon, P. Audrerie, A. M. Chaze & C. Levaillant, “Hot Deformation Of The High Strength Betacez Titanium Alloyˮ, Titanium ’92 Science and Technology, pp. 1347-1354, 1992.

 

[21] P. D. Nicolaou & S. L. Semiatin, “Effect of Strain-Path Reversal on Microstructure Evolution and Cavitation during Hot Torsion Testing of Ti-6Al-4Vˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 38, pp. 3023-3032, 2007.

 

[22] P. Wanjara, M. Jahazi, H. Monajati, S. Yue & J. P. Immarigeon, “Hot working behavior of near-α alloy IMI834ˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 396, pp. 50–60, 2005.

 

[23] I. Philippart & H. J. Rack, “High temperature dynamic yielding in metastable Ti–6.8Mo–4.5F–1.5Alˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 243, pp. 196–200, 1998.

 

[24] A. H. Sheikhali, M. Morakkabati & S. M. Abbasi, A. Rezaei, “Superplasticity of coarse-grained Ti-13V-11Cr-3Al alloyˮ, International Journal of Materials Research, Vol. 104, pp. 1122-1127, 2013.

 

[25] I. Weiss & S. L. Semiatin, “Thermomechanical processing of beta titanium alloys—an overviewˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 243, pp. 46–65, 1998.

 

[26] P. D. Nicolaou, J. D. Miller & S. L. Semiatin, “Cavitation during Hot-Torsion Testing of Ti-6Al-4Vˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 36, pp. 3461-3470, 2005.

 

[27] S. H. Cho & Y. C. Yoo, “Hot rolling simulations of austenitic stainless steelˮ, Journal of Materials Science, Vol. 36, pp. 4267 – 4272, 2001.

 

[28] S. H. Cho & Y. C. Yoo, “Metadynamic recrystallization of austenitic stainless steelˮ, Journal of Materials Science, Vol. 36, pp. 4279 – 4284, 2001.

 

[29] P. Vo, M. Jahazi & S. Yue, “Recrystallization during Thermomechanical Processing of IMI834ˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 39, pp. 2965-2980, 2008.

 

[30] A. Dehghan-Manshadi, M. R. Barnett, & P. D. Hodgson, “Hot Deformation and Recrystallization of Austenitic Stainless Steel: Part II. Post-deformation Recrystallizationˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 39, pp.1371-1382, 2008.

 

[31] S. L. Semiatin, V. Seetharaman & I. Weiss, “Flow behavior and globularization kinetics during hot working of Ti–6Al–4V with a colony alpha microstructureˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 263, pp. 257–271, 1999.

 

[32] O. M. Ivasishin, P. E. Markovsky, Y. V. Matviychuk & S. L. Semiatin, “Precipitation and recrystallization behavior of beta titanium alloys during continuous heat treatmentˮ, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 34, pp. 147-159, 2003.

 

[33] A. Najafizadeh, J. J. Jonas, G. R. Stewart & E. I. Poliak, “The Strain Dependence of Postdynamic Recrystallization in 304 H Stainless Steelˮ, Metallurgical and Materials Transactionsa A, Vol. 37, pp. 1899-1906, 2006.

 

[34] A. Najafizadeh & J. J. Jonas, “The Strain Dependence of post-deformation softening during the hot deformation of 304 H stainless steelˮ, International Journal of ISSI, Vol. 3, pp. 1-7, 2006.

 

[35] A. Dehghan Manshadi, M. R. Barnett & P. D. Hodgson, “Recrystallization in AISI 304 austenitic stainless steel during and after hot deformationˮ, Materials Science and Engineering A, Vol. 485, pp. 664–672, 2008.

 

[36] J. J. Jonas, C. Aranas, A. Fall & M. Jahazi, “Transformation softening in three titanium alloysˮ, Materials and Design, Vol. 113, pp. 305–310, 2017

 

[37]    م. کاویانی و غ. ابراهیمی، "تاثیر پارامترهای ترمومکانیکی بر رفتار بافت آلیاژ منیزیم AZ63"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال یازدهم، شماره اول، صفحه 121-111، 1396.