Niektóre aspekty kształtowania wielkości ziarna stopów tytanu.

• Autorzy: Szkliniarz W.

Warianty tytułu

EN

Some aspects of the grain size forming of titanium alloys.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono możliwości kształtowania i rozdrabniania ziarna w stopach tytanu. Badania mikrostruktury stopów tytanu ujawniły występowanie zasadniczo dwóch różnych typów mikrostruktur: - równoosiowej, pierwotnej fazy alfa w osnowie fazy beta lub mieszaniny (alfa+beta), określanej poprzez wielkość ziarna pierwotnej fazy alfa lub beta (d); - gruboziarnistej płytkowej, określanej przez wielkość ziarna pierwotnej fazy beta (D), wielkość kolonii płytkowej fazy alfa (d) i grubość płytek fazy alfa (b). Wielkość ziarna jest podstawowym czynnikiem determinującym właściwości stopów tytanu. Możliwości kształtowania ziarna wyrobów i półwyrobów wykonanych ze stopów tytanu występują na etapie projektowania składu chemicznego, przez dobór temperatury topienia, szybkości krystalizacji, poprzez stosowanie modyfikatorów, w procesach obróbki plastycznej, cieplnej itp. Mikrostruktura i wielkość ziarna wyrobów i półwyrobów wykonanych ze stopów tytanu jest głównie determinowana poprzez parametry obróbki plastycznej. Optymalny zespół właściwości uzyskuje się po obróbce plastycznej w temperaturach poniżej temperatury przemiany alfa+beta->beta. Odkształcanie w zakresie temperatur występowania beta i przegrzanie stopów powoduje utworzenie gruboziarnistej struktury, charakteryzującej się bardzo niską plastycznością. W przeciwieństwie do stali, mikrostruktura stopów tytanu nie ulega rozdrobnieniu podczas przemian fazowych, głównie za sprawą niskiego poziomu zgniotu fazowego, będącego rezultatem dobrego dopasowania rozmiarów komórek elementarnych i niewielkich zmian objętości właściwych faz alfa i beta w trakcie przemiany. W procesach kształtowania wielkości ziarna stopów tytanu drogą obróbki cieplnej muszą być uwzględnione dwa czynniki: konieczność wywołania maksymalnie możliwego zdefektowania, które może spowodować rekrystalizację, a następnie zapewnienie warunków dla jej rozwoju podczas wyżarzania. Warunki do kształtowania ziarna mogą wystąpić, jeśli wykorzysta się zjawisko zgniotu fazowego, towarzyszącego przemianom fazowym zachodzącym podczas realizacji cyklu wielokrotnego nagrzewania i chłodzenia. Podczas cyklicznej obróbki cieplnej, przy odpowiednim doborze zakresu temperatur cyklu cieplnego, szybkości nagrzewania i chłodzenia oraz liczby cykli mogą wystąpić warunki do kumulacji efektów zgnitu fazowego z cyklu na cykl. W końcowym efekcie poziom zdefektowania może być na tyle znaczny, że spowoduje rozdrobnienie ziarna podczas późniejszego wyżarzania rekrystalizującego. I tak pokazano, że zastosowanie wielokrotnego szybkiego nagrzewania z szybkością około 100 K/s do temperatur obszaru beta połączonego z chłodzeniem w wodzie oraz późniejszego wyżarzania rekrystalizującego spowodowało znaczące rozdrobnienie ziarna technicznie czystego tytanu.

EN

The present paper deals with grain refinement possibility of titanium alloys. The studies of the microstructure of titanium alloys showed two most different classes of microstructure: - consisting of regular equiaxed primary alpha-grains embedded in beta or (alpha+beta)-matrix determined by the size of the primary alpha or beta-grains (d), - coarse grained lamellar microstructure, determined by the size of the primary beta-grains (D), colonies of the alpha lamella (d) and thickness of the alpha lamella (b). The grain size seems to be the most important factor determining the properties of titanium alloys. It has been brought out by many experiments that the most influential factors governing the grain size products and semiproducts from titanium alloys are alloying, melt temperature, solidification rate, modification, thermomechanical processing, heat treatment etc. The grain size and microstructure of products and semiproducts from titanium alloys are determined mainly by the plastic working parameters. The optimum combination of mechanical properties of titanium alloys can be obtained after plastic working at temperature below the alpha+beta->beta transus. The beta deformation and preheating are unavoidable in the course of manufacturing of titanium-alloy ingots and large size semiproducts which produce coarse-grained microstructures with lower ductility. Contrary to steel, this microstructure in the titanium alloys is not refinedin the course of phase transformation due to a low internal work-hardening which is a result of the efficient matching of the alpha and beta lattices in orientation and size and because of limited volume changes in the transition period. In the process of grain size control by thermal treatment two factors should be taken into consideration: the necessity to produce the highest possible structure defect density by the initial heat treatment and the creation of conditions for the development of recrystallization processes in the course of further annealing. It is possible to form the grain by making use of net strain phenomena and internal work-hardening which occur together with phase transformations when heating <-> cooling cycles are repeated several times. It has been assumed that under conditions of thermal cycling where temperature ranges of thermal cycles, heating and cooling rate as well as the number of thermal cycles are properly selected, the appropriate conditions for cumulation of internal work-hardening defects from one cycle to the next should be fulfilled. In the final stage the level of cumulated defects can be so significant that in course of later recrystallization annealing some primary recrystallization phenomena might occur leading to grain size reduction. It was shown that multicycle rapid heating with the rate about 100 K/s up to a temperature beta-field followed by sharp cooling (in water) and recrystallization annealing provided refining of the grain size of unalloyed titanium.

Słowa kluczowe

PL

stop tytanu; wielkość ziarna; kształtowanie; rozdrabnianie; mikrostruktura; obróbka plastyczna; obróbka cieplna; chłodzenie; rekrystalizacja; własności mechaniczne

EN

titanium alloy; grain size; forming; refinement; microstructure; plastic working; heat treatment; cooling; recrystallization; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 1999
• Tom: R. XX, nr 3-4
• Strony: 118--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Szkliniarz W.

• Katedra Nauki o Materiałach Politechniki Śląskiej

• Politechnika Śląska, Katedra Nauki o Materiałach

Bibliografia

• [1] Dobatkin V. I. i inni: Plavka i litie titanovych splavov, Metallurgija, Moskwa, 1978
• [2] Anoszkin N. F. i inni: Slitki titanovych splavov, Metallurgija, Moskwa, 1966
• [3] Dietrich W., Lerch G.: Proc. 5th International Conference on Titanium, Munich 1984, vol. 2, s. 137
• [4] Paige J. I.: Report of Investigations - United States, Bureau of Mines, 1988 nr 9211, s. 10
• [5] Valencia J. J., Mc Cullough C., Levi C. G., Mehrabian R.: Acta Metallurgica, 1989, vol. 37, nr 9, s. 2517
• [6] Glasunov S. G., Yasinsky K. K.: Proc. 3th International Conference on Titanium, Moskwa 1976, vol. 1, s. 209
• [7] Feng C. R., Michel D. J., Crowe C. R.: Scripta Metallurgica, 1989, vol. 23, nr 10, s. 1707
• [8] Aleksandrov V. K. i inni: Polufabrikaty iz titanovych splavov, Metallurgija, Moskwa, 1979
• [9] Bonsova E. A. i inni: Metallografia titanovych splavov, Metallurgija, Moskwa, 1980
• [10] Tricot R.: Memoires et Etudes Scientifiques Revue de Metallurgie, 1989, vol. 86, nr 10, s. 609
• [11] Kaganovich I. N.: Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 1989, vol. 30, nr 11-12, s. 860
• [12] El-Domiaty A.: Journal of Materials Processing Technology, 1992, vol. 32, nr 1-2, s. 243
• [13] Grosman F., Szkliniarz W., Hadasik E.: Proc. Sixth World Conference on Titanium, Cannes-France 1988, s. 421
• [14] Grosman F., SzkJiniarz W., Hadasik E.: Inżynieria Materiałowa, 1984, nr 4-5, s. 119
• [15] Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy, PWN Warszawa,
• [16] Gridnev V. N. i inni: Metally, 1984, nr 3, s. 136
• [17] Sadovski V. D. i inni: Fiz. Met. Metalloved., 1960, nr 3, s. 397
• [18] Spreadborough J., Chnstian J. W.: Proc. Phys. Soc, 1959, vol. 74, s. 609
• [19] Minc P. S. i inni: Titan i jego splavy, Metallurgija, Moskwa, 1964
• [20] English J. J., Powell G. W.: Trans. of AIME, 1966, vol. 236, s. 1467
• [21] Szkliniarz W. i inni: Inżynieria Materiałowa, 1981, nr 1-2, s. 17
• [22] Baranov A. A.: Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, nr 12, s. 2
• [23] Brun M. J.: Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 1986, nr 7, s. 52
• [24] Elagina L. A. i inni: Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 1984, nr 12, s. 32
• [25] Szkliniarz W.: Kształtowanie struktury i własności dwufazowych gruboziarnistych stopów tytanu w procesach obróbki cieplnej, praca doktorska, Katowice 1984
• [26] Szkliniarz W.: Inżynieria Materiałowa, 1992, nr 4—5, s. 99
• [27] Kobayashi T., Niinomi M., Inagaki I.: Journal of the Iron and Steel Institute of Japan, 1989, vol. 75, nr 3, s. 537