Titanium has many special characteristics such as specific high strength, low elastic modulus, excellent corrosion and oxidation resistance, etc. Beta titanium alloys, because of their good formability and strength, are used for jet engines, and as turbine blades in the automobile and aerospace industries. Low cost beta titanium alloys were developed to take economic advantage of the use of low-cost beta stabilizers such as Mo, Fe, and Cr. Generally, adding a trace of boron leads to grain refinement in casted titanium alloys due to the pinning effect of the TiB phases. This study analyzed and evaluated the microstructural and mechanical properties after plastic deformation and heat treatment in boron-modified Ti-2Al-9.2Mo-2Fe alloy. The results indicate that a trace of boron addition made grains finer; this refinement effect was found to be maintained after subsequent processes such as hot forging and solution treatment. This can effectively reduce the number of required manufacturing process steps and lead to savings in the overall cost as well as low-cost beta elements.
Titanium alloys have been attractive due to a high ratio of strength to weight as well as good corrosion resistance. However, strengthening causes a decrease in ductility in Ti alloys, as is usual in other alloys. For enhanced strength without ductility reduction, grain refinement and tensile properties were investigated as functions of thickness reduction of cold rolling and annealing condition in Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al alloy with a ${\beta}$ single phase. The average grain size of the specimen, which was cold-rolled by 90% and annealed at 700$^{\circ}C$ for 5 min, was decreased to approximately 19 ${\mu}m$. The grain refinement of 63 μm to 19 ${\mu}m$ increased yield stress by 90 MPa without a significant decrease in total elongation. The Ti-15-3 alloy exhibited very low work hardening during tensile test at a crosshead speed of 2 mm/min. This result was discussed based on dynamic recovery associated with dislocation annihilation in grain boundaries.
Effects of TiN/Ti multilayer coating on the Ti-30Ta-xZr alloy surface were studied by using various experiments. The Ti-30Ta containing Zr (5, 10 and 15 wt%) were melted 10 times to improve chemical homogeneity by using a vacuum furnace. And then samples were homogenized for 24 hrs at $1000^{\circ}C$. The specimens were prepared for TiN/Ti coating by cutting and polishing. The prepared specimens were coated with TiN/Ti multilayers by using DC magnetron sputtering method. The analyses of coated surface and coated layer were carried out by field emission scanning electron microscope(FE-SEM), EDX, and X-ray diffractometer(XRD). From the microstructure and XRD analysis of Ti-30Ta-xZr alloys, The equiaxed structure was changed to needle-like structure with increasing Zr content. And $\alpha$-peak and elastic modulus increased as Zr content increased. The $\alpha$ and $\beta$ phase predominantly were found in the specimen containing high Zr content. According to the analysis of TiN/Ti coating layer, the surface defects and structures of Ti-30Ta-xZr were covered with TiN/Ti coating layer and surface roughness decreased.
The characteristics of mechanical behavior were estimated for Ti-6Al-4V alloy with four kinds of microstructure prepared with heat treatments. For this study, impact test, tensile test and fatigue crack growth test were performed, and then compared mechanical properties on the four microstructures. Furthermore, for quantitative evaluation, fractal dimensions of crack pass were obtained using the box counting method. The main results obtained are summarized as follows. (1) The microstructures exhibited equiaxed microstructure, bimodal-microstructure and lamellar microstructure by heat treatment. (2) The impact absorbed energy and elongation is superior in the bimodal-microstructure, and the hardness and tensile strength are superior in the lamellar microstructure. (3) The fatigue crack growth rate is similar to all microstructures in the low ${\Delta}K$ region. The fatigue crack growth rate of equiaxed microstructure is fastest, and that of lamellar microstructure is lowest in the high ${\Delta}K$ region. (4) The fractal dimension D of lamellar microstructure is higher then that of the equiaxed microstructure and bimodal microstructure.
The characteristics of mechanical behavior are investigated for Ti-6Al-4V alloy. Four kinds of the specimens are prepared under different heat treatments in order to produce different microstructures. In the present investigations, impact, tensile and fatigue crack growth tests are performed for each test specimen. The results obtained through the investigations are compared. Additionally fr actal dimensions of crack pass are obtained using the box counting method. The results are, 1) the microstructures shows as equiaxed, bimodal and Widmanstatten microstructures respectively, 2) the impact energy and elongation are superior fur the bimodal microstructure, and the hardness and tensile strength are superior fur the Widmanstatten microstructure, 3) the fatigue crack growth rate is similar to all microstructures in low ΔK region while that of equiaxed microstructure is the largest, and that of Widmanstatten microstructure is the lowest in high ΔK region respectively, 4) the fractal dimension D of Widmanstatten microstructure shows higher value than that of the equiaxed and bimodal microstructures under 200 magnification view of the SEM micrographs.
This study aims to find the shapes of an end-mill with low cutting temperature during the end-mill process of Ti-6Al-4V alloy. Such ${\alpha}-{\beta}$ titanium alloys are increasingly more used for their high tensile strength and high corrosion resistance. The cutting characteristics of Ti-6Al-4V alloy were studied using an analytical method validated by comparing the estimated cutting resistance with that from experiments. The end-mill shape was analyzed using an experimental method. The end-mill shape with low cutting resistance and low cutting temperature was confirmed by analyzing the signal-to-noise ratios for various conditions. Then, the factors with significance factor of 95% or more were determined in the variance analysis. Finally, an end-mill shape that can ensure a low cutting temperature was proposed.
Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloys commonly used dental implant materials, particularly for orthopaedic and osteosynthesis because of its suitable mechanical properties and excellent biocompatibility. This alloys have excellent corrosion behavior in the clinical environment. The first factor to decide the success of dental implantation is sufficient osseointegration and high corrosion resistance between on implant fixture and its surrounding bone tissue. In this study, in order to increase corrosion resistance and biocompatibility of Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloy that surface of manufactured alloy was coated with TiN by RF-magnetron sputtering method. The electrochemical behavior of TiN coated Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloy were investigated using potentiodynamic (EG&G Co, PARSTAT 2273. USA) and potentiostatic test (250mV) in 0.9% NaCl solution at 36.5 $\pm$ 1$^{\circ}C$. These results are as follows : 1. From the microstructure analysis, Cp-Ti showed the acicular structure of $\alpha$-phase and Ti-6Al-4V showed the micro-acicular structure of ${\alpha}+{\beta}$ phase. 2. From the potentiodynamic test, Ecorr value of Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloys showed -702.48mV and -319.87mV, respectively. Ti-6Al-4V alloy value was higher than Cp-Ti alloy. 3. From the analysis of TiN and coated layer, TIN coated surface showed columnar structure with 800 nm thickness. 4. The corrosion resistance of TiN coated Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloys were higher than those of the non-coated Ti alloys in 0.9% NaCl solution from potentiodynamic test, indicating better protective effect. 5. The passivation current density of TiN coated Cp-Ti and Ti-6Al-4V alloys were smaller than that of the noncoated implant fixture in 0.9% NaCl solution, indicating the good protective effect resulting from more compact and homogeneous layer formation.
The effects of processing parameters on the flow behavior and microstructures were investigated in hot compression of powder metallurgy (P/M) Ti-6Al-4V alloy. The alloy was fabricated by a blended elemental (B/E) approach and it exhibited lamellar ${\alpha}+{\beta}$ microstructure. The hot compression tests were performed in the range of temperature $800-1000^{\circ}C$ with $50^{\circ}C$ intervals, strain rate $10^{-4}-10s^{-1}$, and strain up to 0.5. At $800-950^{\circ}C$, continuous flow softening after a peak stress was observed with strain rates lower than $0.1s^{-1}$. At strain rates higher than $1s^{-1}$, rapid drop in flow stress with strain hardening or broad oscillations was recorded. The processing map of P/M Ti-6Al-4V was designed based on the compression test and revealed the peak efficiency at $850^{\circ}C$ and $0.001s^{-1}$. As the processing temperature increased, the volume fraction of ${\beta}$ phase was increased. In addition, below $950^{\circ}C$, the globularization of phase at the slower strain rate and kinking microstructures were found. Based on these data, the preferred working condition of the alloy may be in the range of $850-950^{\circ}C$ and strain rate of $0.001-0.01s^{-1}$.
Al-42wt%Nb powder was prepared by high-energy mechanical milling(HEMM). The particle size, phase transformation and microstructure of the as-milled powder were investigated by particle size distribution (PSD) analyzer, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractometery (XRD), transmission electron microscopy (TEM)and differential thermal analysis (DTA). The milled powders were heated to a sintering temperature at 1000C with under vaccum with vaccum tube furnace. Microstructural examination of sintered Ti-42wt%Nb alloy using 4h-milled powder showed Ti-rich phases (${\alpha}$-Ti) which are fine and homogeneously distributed in the matrix (Nb-rich phase: ${\beta}$-Ti). The sintered Ti-42wt%Nb alloy with milled powder showed higher hardness. The microstructure of the as quenched specimens fabricated by sintering using mixed and milled powder almost are same, but the hardness of as quenched specimen fabricated by using mixed powder increased due to solution hardening of Nb in Ti matrix. The aging effect of these specimens on microstructural change and hardening is not prominent.
Park, Jin Man;Lee, Jun Hyeok;Jo, Mi Seon;Lee, Jin Kyu
Applied Microscopy
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제45권2호
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pp.58-62
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2015
Formation of an icosahedral phase in the bulk glass forming $Ti_{40}Zr_{29}Be_{14}Cu_9Ni_8$ alloy during crystallization from amorphous phase and solidification from melt is investigated. The icosahedral phase with a size of 10 to 15 nm forms as a thermodynamically stable phase at intermediate temperature during the transformation from amorphous to crystalline phases such as Laves and ${\beta}$-(Ti-Zr) phases, indicating that the existence of the icosahedral cluster in the undercooled liquid. On the other hand, the icosahedral phase forms as a primary solidification phase even though the Laves phase is stable at high temperature, which is can be explained based on the high nucleation rate of icosahedral phase relative to that of competing crystalline Laves phase due to lower interfacial energy between icosahedral and liquid phases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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