Wpływ wodoru na mikrostrukturę i właściwości stopu tytanu Ti-6Al-4V

• Autorzy: Sozańska M.

Warianty tytułu

EN

Effect of hydrogen on the microstructure and properties of titanium Ti-6Al-4V alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono możliwości zastosowania wodoru jako tymczasowego pierwiastka stopowego w stopie Ti-6Al-4V. Wysokotemperaturowa obróbka wodorowa materiałów (HTM – Hydrogen Treatment of Materials) może być atrakcyjną metodą kontroli rozmiaru ziaren w dwufazowych stopach tytanu. W artykule przedstawiono możliwości zastosowania wysokotemperaturowej obróbki wodorowej w połączeniu z cykliczną obróbką cieplną. Idea tej obróbki opiera się na akumulacji defektów w mikrostrukturze stopu po kolejnych pojedynczych cyklach nagrzewania i chłodzenia w obecności wodoru. W stopach tytanu wodór wykazuje skłonność do tworzenia wodorków. Objętość właściwa wodorków tytanu jest o 13÷17% większa niż objętość właściwa fazy α, co jest przyczyną dużych naprężeń w sieci krystalicznej tej fazy i powoduje lokalne odkształcenie plastyczne. Przedstawiono analizę mikrostruktury dwufazowego stopu tytanu Ti-6Al-4V po obróbce wodorowej. Obróbka wodorowa składała się z trzech etapów: nawodorowania w atmosferze wodoru w temperaturze 650°C, cyklicznej obróbki wodorowej (3 cykle nagrzewania do 950°C i chłodzenia w wodzie) i odwodorowania w próżni w temperaturze 550°C. Wykazano, że zastosowana obróbka zmienia morfologię składników mikrostruktury warstwy wierzchniej badanego stopu – wewnątrz nie stwierdzono znaczących zmian mikrostruktury. Obserwowano globularyzację płytek fazy α oraz zmniejszenie jej objętości względnej na głębokości od 50 do 100 μm od powierzchni. Zmiana morfologii składników mikrostruktury stopu Ti-6Al-4V prowadziła do zmiana twardości.

EN

The paper presents the possibilities of hydrogen usage as a temporary alloying element in Ti-6Al-4V alloy. The HTM – Hydrogen Treatment of Materials can be as an attractive method for controlling a grain size in two-phases titanium alloy. This paper presents the possibilities of combining high-temperature hydrogen treatment with a cyclic heat treatment operation. The idea of this treatment is based on accumulation of defects in microstructure after execution of consecutive heating↔cooling cycles in hydrogen presence. In titanium alloys hydrogen most often appears in form of hydrides. Specific volume of titanium hydrides is 13÷17% higher in relation to specific volume of the α phase, which causes large stress in crystal lattice of this phase and may result in its local plastic deformation. This paper presents characterization studies of microstructure of twophase titanium alloy Ti-6Al-4V after hydrogen treatment. Hydrogen treatment of the alloy consisted of three stages: hydrogenation in hydrogen gas atmosphere at 650°C, a cyclic hydrogen-treatment (3 cycles of heating to 950°C and water quenching) and a dehydrogenation in vacuum (at 550°C). It was shown that hydrogen affects appreciably changes the microstructure of surface layer of the tested titanium alloy. In the core of the samples, no significant changes in microstructure were observed. Moreover, in the edge part of the specimen, lamellar precipitates of a phases were divided and the a phase volume fraction was reduced. The a phase dissolution process was limited to 50-100 μm distance from the edge of specimen. Changes in microstructure of titanium Ti-6Al-4V alloy after HTM in the surface layer of the specimen resulted also in hardness change.

Słowa kluczowe

PL

wysokotemperaturowa obróbka wodorowa materiałów (HTM); rozdrobnienie ziarna; stop tytanu Ti-6Al-4V

EN

high temperature hydrogen treatement of materials (HTM); grain refinement; Ti-6Al-4V alloy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 2
• Strony: 67--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sozańska M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Tkachov V.: Hydrogen in metals, problems of hydrogen degradation on metals. Mat. Sci. 36 (4) (2000).
• [2] Zieliński A.: Niszczenie wodorowe metali nieżelaznych i ich stopów. Gdańskie Towarzystwo Naukowe, Gdańsk (1999).
• [3] Oriani R. A., Hirth J. P., Śmiałowski M.: Hydrogen degradation of ferrous alloys. Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey (1985).
• [4] Kerr W. R.: The effect of hydrogen as a temporary alloying element on the microstructure and tensile properties of Ti-6Al-4V. Met. Trans. 16A (1985) 1077÷1087.
• [5] Goltsov V. A.: Hydrogen treatment (processing) of materials: current status and prospects. Journal of Alloys and Compounds 293-295 (1999) 844÷857.
• [6] Eliezer D., Eliaz N., Senkov O. N., Froes F. H.: Positive effect of hydrogen in metals. Materials Science Engineering A280 (2000) 220÷224.
• [7] Solovioff G., Eliezer D.: Hydrogen induced microstructural changes in Ti-Al alloys. Scripta Met. 40 (1999) 1071.
• [8] Froes F. H., Eliezer D., Senkov O. N., Quazi J. I.: Beneficial effect as a temporary alloying element in titanium alloys: An overview. “Hydrogen Effect on Materials Behaviour and Corrosion Deformation Interactions”, Ed. by N. R. Moody, A. W. Thompson, R. E. Ricker, G. W. Was and R. H. Jones, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) (2003) 301÷314.
• [9] Takasaki A., Fyruya Y., Oima K., Taneda Y.: Hydride dissociation and hydrogen evolution behaviour of electrochemically charged pure titanium. Journal of Alloys and Compounds 224 (1999) 269÷273.
• [10] Qazi J. I., Rahim J., Senkov O. N., Patankar S. N., Froes F. H.: Phase transformations in the Ti-6Al-4V – hydrogen system. “Hydrogen Effect on Materials Behaviour and Corrosion Deformation Interactions”, Ed. by N. R. Moody, A. W. Thompson, R. E. Ricker, G. W. Was and R. H. Jones, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) (2003) 337÷344.
• [11] Yoshimura H., Kimura K., Hayashi M., Ishi M., Hanamura T., Takamura J.: Ultra-fine enquired grain refinement and improvement of mechanical properties of α+β-type titanium alloys by hydrogenations, hot working, heat treatment and dehydrogenation. Mater. Trans. JIM 35 (4) (1994)266÷272.
• [12] Nakahigashi J., Yoshimura H.: Ultra-fine grain refinement and tensile properties of titanium alloys obtained through protium treatment. Journal of Alloys and Compounds 330-332 (2002) 384÷388.
• [13] Eliaz N., Eliezer D., Olson D. L.: Hydrogen-assisted processing of materials. Materials Science Engineering A289 (2000) 41÷53.
• [14] Christ H. J., Prufner K., Senemmar A., Decker M.: Hydrogen-induced changes of the mechanical properties of beta-titanium alloys – intristic and extristic effect. “Hydrogen Effect on Materials Behaviour and Corrosion Deformation Interactions”, Ed. by N. R. Moody, A. W. Thompson, R. E. Ricker, G. W. Was and R .H. Jones, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) (2003) 399÷408.
• [15] Wu T. I., Wu J. K.: Surface hardening of Ti-6Al-4V alloy by hydrogenation. Scripta Met. 25 (1991) 2335÷2338.
• [16] Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy. PWN, Warszawa (1985).
• [17] Titanium and Titanium Alloys, edited by Leyens C., Peters M., WILEYVCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2003).
• [18] Szkliniarz W.: Możliwości zastosowania obróbki cieplnej do rozdrabniania ziarna tytanu i jego stopów. Politechnika Śląska, Zeszyty Naukowe Nr 1462 (2000)
• [19] Szkliniarz W.: Efekt kumulacji zgniotu fazowego podczas cyklicznej obróbki cieplnej stopów tytanu. Inżynieria Materiałowa 3 (2002) 96÷102.
• [20] Program komputerowy do analizy obrazu „Met-Ilo”, autor Janusz Szala, Politechnika Śląska.