Mechanical properties of Ti-(Al3Ti+Al) and Ti-Al3Ti laminated composites

• Autorzy: Konieczny M.

Warianty tytułu

PL

Własności mechaniczne kompozytów warstwowych Ti-(Al3Ti+Al) i Ti-Al3Ti

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Laminated Ti(Al3Ti+Al) and TiAl3Ti composites have been synthesised with controlled temperature and treating time using 50, 100 and 150 μm thick titanium and 50 μm thick aluminium foils. Microstructural examinations showed that Al3Ti was the only phase formed during the reaction between Ti and Al. After 20 minutes of treating at 650°C, not all the aluminium was consumed and the composites consisted of alternating layers of Ti, Al and Al3Ti. After 60 minutes, the aluminium layers were completely consumed, resulting in microstructures with Ti residual layers alternating with the Al3Ti layers. Tensile strength, flexural strength and impact toughness measurements were performed on the materials with different microstructures to establish the properties and fracture behaviour. After 60 minutes of treating, all the composites had a higher yield strength, higher ultimate tensile strength and higher flexural strength than those composites after 20 minutes of treating produced with the same thickness of starting Ti foil. On the other hand, the strain at fracture and impact toughness of the composites behaved conversely. The results of the investigations indicated that the mechanical properties of the composites strongly depend on the thickness of the individual Ti layers and the presence of residual Al layers at the intermetallic centrelines.

PL

Kompozyty warstwowe Ti-(Al3Ti+Al) oraz Ti-Al3Ti wytworzono w kontrolowanych warunkach, używając jako materiałów wyjściowych folii tytanowej o grubościach: 50, 100 i 150 µm oraz folii aluminiowej o grubości 50 µm. Mikroanaliza rentgenowska pozwoliła stwierdzić, że faza Al3Ti była jedyną fazą międzymetaliczną powstałą podczas reakcji między tytanem i aluminium w temperaturze 650°C niezależnie od czasu reakcji. Badania wykazały, że po 20 minutach wygrzewania aluminium nie w pełni przereagowało i dlatego kompozyty składały się z warstw Ti, Al oraz Al3Ti. Po 60 minutach wygrzewania kompozyty składały się już tylko z naprzemiennie ułożonych warstw Ti oraz Al3Ti. Wszystkie wytworzone kompozyty poddano próbie statycznej rozciągania, zginania trójpunktowego oraz udarności. Kompozyty składające się tylko z warstw Ti oraz Al3Ti charakteryzowały się większą granicą plastyczności, wytrzymałością na rozciąganie oraz zginanie w porównaniu do kompozytów Ti-(Al3Ti+Al). Z drugiej jednak strony kompozyty zawierające warstwy Ti, Al i Al3Ti charakteryzowały się większym wydłużeniem oraz wyższą udarnością. Rezultaty badań wykazały jednoznacznie, że właściwości mechaniczne kompozytów są silnie zależne od grubości indywidualnych warstw tytanu oraz od obecności warstw aluminium. Na podstawie analizy fraktograficznej dokonano oceny mechanizmów niszczenia tych materiałów ze szczególnym uwzględnieniem wpływu obecności warstw aluminium występujących pomiędzy warstwami fazy Al3Ti na propagację pęknięć.

Słowa kluczowe

EN

laminated composites; Al3Ti intermetallic phase; mechanical properties; fracture

PL

kompozyty warstwowe; faza międzymetaliczna Al3Ti; własności mechaniczne; pękanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 2
• Strony: 102--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Konieczny M.

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Machine Bulding, al. 1000-lecia PP 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• [1] Vecchio K.S., Synthetic multifunctional metallic-intermetallic laminate composites, JOM 2005, 57, 25-31.
• [2] Wadsworth J., Lesuer D.R., Ancient and modern laminated composites from the Great Pyramid of Gizeh to Y2K, Mater. Charact. 2000, 45, 289-313.
• [3] Misra A., Demkowicz M.J., Zhang X., Hoagland R.G., The radiation damage tolerance of ultra-high strength nanolayered composites, JOM 2007, 9, 62-65.
• [4] Alman D.E., Hawk J.A., Petty A.V., Rawers J.C., Processing intermetallic composites by self-propagating high temperature synthesis, JOM 1994, 46, 31-35.
• [5] Konieczny M., Mola R., Thomas P., Kopciał M., Processing, microstructure and properties of laminated Ni-intermetallic composites synthesised using Ni sheets and Al foils, Arch. Metall. Mater. 2011, 56, 693-702.
• [6] Konieczny M., Microstructural characterisation and mechanical response of laminated Ni-intermetallic composites synthesised using Ni sheets and Al foils, Mater. Charact. 2012, 70, 117-124.
• [7] Bloyer D.R., Venkateswara Rao K.T., Ritchie R.O., Laminated Nb/Nb3Al composites: effect of layer thickness on fatigue and fracture behaviour, Mater. Sci. Eng. A 1997, 239-240, 393-398.
• [8] Takuda H., Fujimoto H., Hatta N., Formabilities of steel/aluminium alloy laminated composite sheets, J. Mater. Sci. 1998, 33, 91-97.
• [9] Dziadoń A., Mola R., Kompozyt warstwowy magnez-eutektyka odkształcany w próbie ściskania, Kompozyty 2008, 4, 364-368.
• [10] Dziadoń A., Mola R., Błaż L., Formation of layered Mg/eutectic composite using diffusional process at the Al-Mg interface, Arch. Metall. Mater. 2011, 56, 677-684.
• [11] Rudnitskii N.P., Studies on the strength and plasticity of Ti-Nb-based laminated composites in a temperature range of 290-1700 K, Strength Mater. 2002, 34, 612-616.
• [12] Konieczny M., Zmiany struktury podczas formowania kompozytu warstwowego tytan fazy międzymetaliczne, Kompozyty 2008, 2, 168-171.
• [13] Ward-Close C.M., Minor R., Doorbar P.J., Intermetallic-matrix composites a review, Intermetallics 1996, 4, 217-229.
• [14] Ohnuma I., Fujita Y., Mitsui H., Ishikawa K., Kainuma R., Ishida K., Phase equilibria in the Ti-Al binary system, Acta Mater. 2000, 48, 3113-3123.
• [15] Konieczny M., Dziadoń A., Strain behaviour of copper-intermetallic layered composite, Mater. Sci. Eng. A 2007, 460-461, 238-242.
• [16] Li T., Jiang F.C., Olevsky E.A., Vecchio K.S., Meyers M.A., Damage evolution in Ti6Al4V-Al3Ti metal-intermetallic laminate composites, Mater. Sci. Eng. A 2007, 443, 1-15.