Laser shock peening of a Ti6Al4V titanium alloy

• Autorzy: Rozmus, M. , Kusiński, J. , Blicharski, M. , Marczak, J.

Warianty tytułu

PL

Laserowa odkształcająca obróbka powierzchniowa stopu tytanu Ti6Al4V

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of the Laser Shock Peening (LSP) on the microstructure and properties of the surface layer of Ti6Al4V alloy has been studied. Laser shock processing was accomplished by a high-power Q-switched Nd:YAG laser, operating in a 1,064 µm wavelength range. The laser power density was 1 GW/cm2 and a puls duration 18 ns. Before the laser processing the material was covered by a 50 µm absorption layer and 3 mm layer of water. Investigations of modified surface layer were carried out by scanning (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The chemical composition of treated surface was determined by Energy Dispersive Spectrometry (EDS), attached to the SEM. The mechanical properties (hardness and Young modulus) were determined by nanohardness measurements using a pyramidal Berkovich diamond nanoindentor. It was found that the LSP process was not purely mechanical but thermo-mechanical and lead to the formation of the surface layer composed of three well defined zones: external – oxidized with cracks and porosity, central zone - martensitic and internal – deformed, with high dislocation density level.

PL

W pracy przedstawiono wpływ laserowej obróbki odkształcającej na mikrostrukturę i własności warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti6Al4V. Proces laserowego odkształcania przeprowadzono za pomocą lasera impulsowego o dużej gęstości mocy ReNOVALaser Nd:YAG z modulacja Q. Stosowano długość fali 1,064 µm. Gestosc mocy wynosiła 1 GW/cm2, a czas trwania impulsu 18 ns. Przed procesem laserowego odkształcania powierzchnia stopu pokryta została absorpcyjną farbą o grubości 50 µm oraz warstwą wody o grubości 3 mm. Wpływ laserowej obróbki powierzchniowej na mikrostrukturę stopu Ti6Al4V zbadano za pomocą skaningowego (SEM) oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Analizę chemiczną wykonano za pomocą spektroskopii promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii (EDS). Własności mechaniczne (twardość i moduł Younga) zmierzono za pomocą nanotwardościomierza firmy CSM Instruments z wgłębnikiem Berkovicha. Wykazano, że przy tak dobranych parametrach laserowego odkształcania, proces LSP nie jest czysto mechaniczny ale termo-mechaniczny. Warstwa wierzchnia zbudowana jest z trzech stref: zewnętrznej – materiału przetopionego i utlenionego, charakteryzującego się porowatością i pęknięciami, środkowej strefy – martenzytycznej oraz wewnętrznej – materiału odkształconego, charakteryzującego się dużą gęstością dyslokacji.

Słowa kluczowe

PL

laserowa obróbka powierzchniowa; stopy tytanu; obróbka powierzchniowa; mikrostruktura; twardość

EN

laser shock peening; LSP; titanium alloy; surface layer; microstructure; hardness

• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, iss. 3
• Strony: 665-670
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Rozmus, M.

autor

Kusiński, J.

autor

Blicharski, M.

autor

Marczak, J.

• AGH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, FACULTY OF METALS ENGINEERING AND INDUSTRIAL, COMPUTER SCIENCE, 30-059 KRAKÓW, 30 MICKIEWICZA AV., POLAND

Bibliografia

• [1] W. Napadłek, A. Sarzyński, Influence of laser shock peening on topography of Ti-6Al-2Cr-2Mo titanium alloy surface layer. Inżynieria Materiałowa 3-4, 707-710 (2007).
• [2] C. Munuera, T. R. Matzelle, N. Kruse, M. F. M. Lopez, A. Gutierrez, J. A. Jimenez, C. Ocal, Surface elastic properties of Ti alloys modiefied for medical implants: A force spectroscopy study. Acta Biomaterialia 3, 113-119 (2007).
• [3] Ch. S. Montross, T. Wei, L. Ye, G. Clark, Y. W. Mai, Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys; a review. International Journal of Fatique 24, 1021-1036 (2002).
• [4] S. N. Luo, D. C. Swift, T. E. Tierney, D. L. Paisley, G. A. Kyrala, R. P. Johnson, A. A. Hauer, O. Tschauner, P. D.Asimow, Laser-induced shock waves in condensed matter: some techniques and applications. High Pressure Research 24, 409-422 (2004).
• [5] P. Peyre, C. Carboni P. Forget, G. Beranger, C. Lemaitre, D. Stuart, Influence of thermal and mechanical surface modifications induced by laser shock processing on the initiation of corrosion pits in 316L stainless steel. Journal of Material Science. 42, 6866-6877 (2007).
• [6] J. Kusiński, Lasery i ich zastosowanie w inżynierii materiałowej. Wydawnictwo Naukowe „Akapit”. Kraków 2000.