Kim, Seung-Eon;Jeong, Hui-Won;Hyeon, Yong-Taek;Kim, Seong-Jun;Lee, Yong-Tae
연구논문집
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s.29
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pp.163-171
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1999
A new titanium alloy system. Ti-xFe-ySi (x,y=0-4 wt%). was designed and characterized with the point at low cost and high strength for casting applications. Fe improved room and elevated temperature mechanical properties owing to solid solution hardening and beta phase stabilization. Si yielded titanium silicides and Si addition over 1 wt% resulted in poor ductility due to coarse silicide chains at prior beta boundaries. The optimum composition was found to be Ti-4Fe-(0.5-1)Si in the viewpoint of tensile strength and ductility which are comparable to the Ti-6Al-4V. The metal-mould reaction was also examined for Ti-xFe and Ti-xSi binary alloy system. The thickness of surface reaction layer w as not affected significantly with Fe content, while it was decreased with Si content. In the Ti-4Si alloy, no reaction layer was found. The depth of surface hardening layer was about $200\mum$ regardless of the mould materials.
Titanium alloy for bio-medical applications have been developed to reduce the toxicity of alloying elements and avoid the stress-shielding effect which is caused by relatively high elastic modulus compared to bone. Ti-39Nb-6Zr (TNZ40) alloy of elastic modulus exhibits around 40 GPa in the case of beta single phase. However, the strength of this alloy is lower than the other types of titanium alloys. Many research found that adding oxygen to beta-titanium alloys is beneficial for improving the strength through solid solution strengthening. In this study, TNZ40 ingots with addition of O were prepared by an arc remelting process (Ti-39Nb-6Zr-0.16O (wt.%), Ti-39Nb-6Zr-0.26O (wt.%)). Thermo-mechanical processing (i.e., heat treatment, cold swaging and aging heat treatment) has been performed under various conditions. Therefore, the aim of this study is to investigate the effect of oxygen content and ω phase formation on microstructure and mechanical properties.
Microstructural analysis of a (${\alpha}+{\beta}$) Ti alloy was investigated to consider phase transformation in each step of the thermo-mechanical process using by SEM and TEM EDS. The TAF (Ti-6Al-4Fe) alloy was thermo-mechanically treated with solid solution at $880^{\circ}C$, rolling at $880^{\circ}C$ and annealing at $800^{\circ}C$. In the STQ state, the TAF microstructure was composed of a normal hcp ${\alpha}$ and metastable ${\beta}$ phase. In a rolled state, it was composed of fine B2 precipitates in an ${\alpha}$ phase, which had high Fe segregation and a coherent relationship with the ${\beta}$ matrix. Finally, in the annealing state, the fine B2 precipitates had disappeared in the ${\alpha}$ phase and had gone to the boundary of the ${\alpha}$ and ${\beta}$ phase. On the other hand, in a lower rolling temperature of $704^{\circ}C$, the B2 precipitates were more coarse in both the ${\alpha}$ and the boundary of ${\alpha}$ and ${\beta}$ phase. We concluded that microstructural change affects the mechanical properties of formability including rolling defects and cracks.
Kim Jeoung Han;Yeom Jong Taek;Park Nho Kwang;Lee Chong Soo
Transactions of Materials Processing
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v.14
no.8
s.80
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pp.681-688
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2005
The high-temperature deformation mechanisms of a ${\alpha}+{\beta}$ titanium alloy (Ti-6Al-4V), near-a titanium alloy (Ti-6.85Al-1.6V) and a single-phase a titanium alloy (Ti-7.0Al-1.5V) were deduced within the framework of inelastic-deformation theory. For this purpose, load relaxation tests were conducted on three alloys at temperatures ranging from 750 to $950^{\circ}C$. The stress-versus-strain rate curves of both alloys were well fitted with inelastic-deformation equations based on grain matrix deformation and grain-boundary sliding. The constitutive analysis revealed that the grain-boundary sliding resistance is higher in the near-${\alpha}$ alloy than in the two-phase ${\alpha}+{\beta}$ alloy due to the difficulties in relaxing stress concentrations at the triple-junction region in the near-${\alpha}$ alloy. In addition, the internal-strength parameter (${\sigma}^*$) of the near-${\alpha}$ alloy was much higher than that of the ${\alpha}+{\beta}$ alloy, thus implying that dislocation emission/ slip transfer at ${\alpha}/{\alpha}$ boundaries is more difficult than at ${\alpha}/{\beta}$ boundaries.
Kim, Tae-Yong;Lim, Ka-Ram;Lee, Yong-Tai;Cho, Kyung-Mok;Lee, Dong-Geun
Korean Journal of Materials Research
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v.25
no.11
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pp.636-641
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2015
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.
Choe, Byung Hak;Shim, Jong Heon;Kim, Seung Eon;Hyun, Yong Taek;Park, Chan Hee;Kang, Joo-Hee;Lee, Yong Tai;Kim, Young Ouk
Korean Journal of Materials Research
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v.25
no.8
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pp.403-409
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2015
Metastable phase characteristics of beta Ti alloys were investigated to consider the relationship of the microstructure and diffraction pattern in TEM. TEM analysis showed that the microstructure was mottled as a modulated structure, and the diffraction pattern was composed of spot streaks between the main spots of a stable beta phase with a specific lattice relationship. The modulated structure may be induced by short distance slip or atom movement during a very short interval of solution treated and quenched (STQ) materials. The athermal ${\omega}$ phase, which could be precipitated at low temperature aging, is also analysed by the metastable phase. The metastable phases including athermal ${\omega}$ phase had a common characteristic of hardened and brittle behavior because the dislocation slip was restricted by a super lattice effect due to short distance atom movement at the metastable state.
Kim Chang-Su;Lee Seok-Hyung;Shin Sang-Wan;Suh Kyu-Won;Ryu Jae-Jun
The Journal of Korean Academy of Prosthodontics
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v.42
no.6
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pp.619-627
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2004
Statement of problem. Mechanisms of tissue-implant interaction and the effect of the implant surface on the behavior of cells has not yet been clarified. Purpose. This study was performed to investigate the tissue reaction to the titanium alloy submerged into rat peritoneum in vivo. Materials and methods. Titanium alloys (titanium-13Zirconium-6Niobium) were inserted inside the peritoneal cavity of Sprague Dawley rats. After 3 months, the tissue formed around the inserted titanium alloys were examined with a light-microscope. Tissue reaction around the material was analyzed by confocal microscopy to evaluate their biocompatibility in a living body. Results. In in vivo study, foreign body type multinucleated giant cells were found in the fibrous tissue formed as a reaction to the foreign material (4 in 20 cases), but the inflammatory reaction was very weak. After experiment, the contaminants of biomaterials was removed from living tissue. In confocal microscopy, we observed that the staining of vinculin and actin showed mixed appearance. In a few cases, we found that the staining of vinculin and beta-catenin showed the prominent appearance. Conclusion. We found that titanium-13Zirconium-6Niobium alloy was an excellent biomaterial.
The ${\beta}$-transus temperature in titanium alloys plays an important role in the design of thermo-mechanical treatments. It primarily depends on the chemical composition of the alloy and the relationship between them is non-linear and complex. Considering these relationships is difficult using mathematical equations. A feed-forward neural-network model with a back-propagation algorithm was developed to simulate the relationship between the ${\beta}$-transus temperature of titanium alloys, and the alloying elements. The input parameters to the model consisted of the nine alloying elements (i.e., Al, Cr, Fe, Mo, Sn, Si, V, Zr, and O), whereas the model output is the ${\beta}$-transus temperature. The model developed was then used to predict the ${\beta}$-transus temperature for different elemental combinations. Sensitivity analysis was performed on a trained neural-network model to study the effect of alloying elements on the ${\beta}$-transus temperature, keeping other elements constant. Very good performance of the model was achieved with previously unseen experimental data. Some explanation of the predicted results from the metallurgical point of view is given. The graphical-user-interface developed for the model should be very useful to researchers and in industry for designing the thermo-mechanical treatment of titanium alloys.
The use of titanium alloys as biomaterials is increasing due to their superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance compared to conventional stainless steels and cobalt-based alloys. Ti-6Al-4V ($\alpha+\beta$type) alloy instead of pure titanium ($\alpha$type) is being widely used as biomaterials has some characteristics such as high fatigue strength, tensile strength and corrosion resistance. But it has been reported recently that the vanadium element expresses cytotoxicity and the aluminium element is related with dementia of Alzheimer type and neurotoxicity. In order to overcome their detrimental effects, $\beta$-phase stabilizer Nb was chosen in the present study. This paper was described the influence of phase changes of Ti-Nb alloys on mechanical properties. Ti-3wt.%Nb($\alpha$type),Ti-20wt.%Nb($\alpha+\beta$type) and Ti-40wt.%Nb($\beta$type) alloys were melted by vacuum arc furnace. The specimens were homogenized at 1050$^{\circ}C$ for 24hr and were then hot rolled to 50% reduction. Each alloys were solution heat treated at $\beta$ zone and $\alpha+\beta$ zone after homogenization and then were aged. The mechanical properties of Ti alloys were analysed by hardness test, tensile test, elongation test and SEM test. The results can be summarized as follows: 1) The higher hardness value of $\alpha+\beta$type alloy was obtained compared to the, $\alpha,\beta$type alloys. 2) The aged treated showed better hardness compared to the solution heat treated, homogenized. 3) In the case of solution and aging treatment at $\beta$region, the $\alpha+\beta$type alloy showed the most highest tensile strength and $\beta$type alloy showed the best elongation.
Mechanical properties of titanium alloy can be improved by controlling microstructure through heat treatment. In this study, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr metastable beta titanium alloy, was controlled for excellent mechanical property and sound formability through various high temperature heat treatment and aging conditions and the optimum heat treatment conditions were determined. The specimens were heat-treated at $950^{\circ}C$, followed by various aging treatments from $430^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$ for 1 to 24 h. As aging temperature and holding time increased, hardness increased by ${\beta}^{\prime}$ phase formation and precipitation of secondary ${\alpha}$ phase in ${\beta}$ matrix. However, the optimum aging temperature and holding time for mechanical properties were at $450{\sim}470^{\circ}C$ for 8~16 hr. Hardness values of the specimen aged at $450^{\circ}C$ for 8 h were found to be the highest. These results can be effectively applied to fabrication of spring with better formability and mechanical property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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