Influence of a high-temperature hydrogen treatment on a microstructure and surface fracture in Ti-6Al-4V alloy

• Autorzy: Sozańska M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the possibilities of hydrogen used 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 a using high-temperature hydrogen treatment with a cyclic heat treatment operation. The idea of this treatment is based on accumulation after each consecutive cycle microstructure defecting in microstructure as a result of execution of a single heating?cooling cycle in hydrogen presence. In titanium alloys hydrogen most often appears as hydrides. Specific volume of titanium hydrides is by 13÷17% higher in relation to specific volume of a phase, which causes large stress in crystal lattice of this phase and may result in its local plastic deformation. Analysis of microstructural changes in the investigated alloy after high- temperature hydrogen treatment with cyclic heat operation shows different changes in microstructure in the centre and in the edge part of specimen. In the centre, 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 relative volume was reduced. The a phase dissolution process was limited for 50÷100 um distance from the to edge part of specimen. Analysis of fracture surface in Ti-6Al-4V alloy after high-temperature hydrogen treatment with cyclic heat operation shows different changes in fracture in the centre and in the edge part of specimen. In the centre, surface fracture is ductile, similar surface fracture without hydrogen. On the contrary, in the 100÷200 um distance from the to edge part of specimen, surface fracture is brittle.

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 wielkości ziarna 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 nagrzewanie?chłodzenie w obecności wodoru. W stopach tytanu wodór wykazuje skłonność do tworzenia wodorków. Objętość właściwa wodorków tytanu jest 13÷17% większa niż objętość właściwa fazy a, co jest przyczyną dużych naprężeń w sieci krystalicznej tej fazy i powoduje lokalne odkształcenie plastyczne. Analiza zmian mikrostruktury w badanym stopie po wysokotemperaturowej obróbce wodorowej z cykliczną obróbką cieplną wskazuje na różny charakter zmian mikrostruktury w środku i na powierzchni próbek. W środku nie stwierdzono znaczących zmian mikrostruktury. Na powierzchni próbki płytkowa struktura fazy a uległa podziałowi i zmniejszył się jej względny ułamek objętości. Proces rozpuszczania fazy a był ograniczony do 50÷100 um od powierzchni próbki. Analiza przełomów stopu Ti-6Al-4V po wysokotemperaturowej obróbce wodorowej połączonej z cykliczną obróbką cieplną wykazała rożny charakter przełomów w środku i przy powierzchni próbek. W środku przełom był ciągliwy, podobnie jak w przypadku przełomu bez wodoru, natomiast w odległości 100÷200 um od powierzchni próbki przełom był kruchy.

Słowa kluczowe

EN

Ti-6Al-4V alloy; HTM; phase

PL

stop Ti6Al4V; wysokotemperaturowa obróbka wodorowa; faza a

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 352--354
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Sozańska M.

• Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, Silesian University of Technology, KAtowice,

Bibliografia

• [1] Eliezer D., Eliaz N., Senkov O. N., Froes F. H.: Positive effect of hydrogen in metals. Materials Science Engineering A280 (2000) 220-224.
• [2] 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 behavior 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.
• [3] Takasaki A., Fyruya Y., Oima K., Taneda Y.: Hydride dissociation and hydrogen evolution behavior of electrochemically charged pure titanium. Journal of Alloys and Compounds 224 (1999) 269-273.
• [4] Bhattacharyya D.; Viswanathan G. B.; Denkenberger R., Furrer D., Fraser Hamish L.: The role of crystallographic and geometrical relationships between α and β phases in an α/β titanium alloy. Acta Materialia 51 (16) (2003) 4679-4691.
• [5] Senkov O. N. et al.: Effect of temperature and hydrogen concentration on the lattice parameter of beta titanium. Materials Research Bulletin 36 (2001) 1431-1440.
• [6] Kaibyshev O. A.: Grain refinement in commercial alloys due to high plastic deformation and phase transformations. J. of Materials Processing Technology 117 (2001) 300-306.
• [7] 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.
• [8] Szkliniarz W.: Efekt kumulacji zgniotu fazowego podczas cyklicznej obróbki cieplnej stopów tytanu. Inżynieria Materiałowa 3 (2002) 96-102 (in Polish).