The experimental study has been performed through residual stress using the Ti6Al4V, investigate the effect of laser shock peening on laser welding process residual stress of Ti6Al4V welds in a reduce safety weld zone. This research evaluated the effects of shock waves from laser shock peening with a pulsed Nd:YAG laser on Ti6Al4V welding specimens, through the analysis of the residual stress of the specimens. The residual stress could be formed by the depth of 1 mm if the proposed method of reducing the residual stress is performed in the optimal condition. The welded structures and products during the production process increase the mechanical property of repeated stress, which could be expected to extend the fatigue life of the structure.
In order to improve the wear resistance of Ti-6Al-4V alloy, plasma carburization treatment was newly carried out without consumption of its good specific strength and fatigue life over the temperature. Effect of the plasma carburization was analyzed and compared with the non-treated alloy by microstructural observation, structure characterization and mechanical test. The plasma treated alloy formed a carburized layer of about $150{\mu}m$ in depth from the surface, where a fine and hard particles of TiC and $V_4C_3$ were homogeneously dispersed through the layer. The steady-static creep behaviors of Ti-6Al-4V alloy, using the constant stress creep tester, were investigated over the temperature range of $510{\sim}550^{\circ}C$(0.42~0.44Tm) and the stress range of 200~275 MPa. Stress exponent(n) was decreased from 9.32 of non-treatment specimen to 8.95 of carburized, however, the activation energy(Q) increased from 238 to 250 kJ/mol with the same condition as indicated above. From the above results, it can be concluded that the static creep deformation for Ti-6Al-4V alloy was controlled by the dislocation climb over the ranges of the experimental conditions.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.74-74
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2018
Ti-6Al-4V alloys have been widely used as orthopedic materials because of their excellent corrosion resistance and mechanical properties. However, it does not bind directly to the bone, so it requires a surface modification. This problem can be solved by nanotube and micropore formation. Plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment for micropore, which combines high-voltage spark and electrochemical oxidation, is a new way of forming a ceramic coating on light metals such as titanium and its alloys. This method has excellent reproducibility and can easily control the shape and size of the Ti alloy. In this study, formation of bioactive surface by PEO-treatment after $2^{nd}$ ATO technique of Ti-6Al-4V alloy was invesgated by various instrument. Nanotube oxide surface structure was formed on the surface by anodic oxidation treatment in 0.8 wt.% NaF and 1M $H_3PO_4$ electrolytes. After nanotube formation, nanotube layer was removed by ultrasonic cleaning. PEO-treatment was carried out at 280V for 3 minutes in the electrolytic solution containing the bioactive substance (Mg, Zn, Mn, Sr, and Si). The surface of Ti-6Al-4V alloy was observed by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan). An energy dispersive X-ray spectrometer (EDS, Inca program, Oxford, UK) was used to analyze the spectra of physiologically active Si, Mn, Mg, Zn, and Sr ions. The PEO film formed on the Ti-6Al-4V alloy surface was characterized using an X-ray diffractometer (TF-XRD, X'pert Philips, Netherlands). It is confirmed that bioactive ions play an essential role in the normal bone growth and metabolism of the human skeletal tissues.
In this paper, high temperature oxidation behavior of newly developed alloys, Ti-6Al-4Fe and Ti-6Al-1Fe, is examined. To understand the effect of Fe on the air oxidation behavior of the Ti-Al-Fe alloy system, thermal oxidation tests are carried out at $700^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ for 96 hours. Ti-6Al-4V alloy is also prepared and tested under the same conditions for comparison with the developed alloys. The oxidation resistance of the Ti-Al-Fe alloy system is superior to that of Ti-6Al-4V alloy. Ti-6Al-4V shows the worst oxidation resistance for all test conditions. This is not a result of the addition of Fe, but rather it is due to the elimination of V, which has deleterious effects on high temperature oxidation. The oxidation of the Ti-Al-Fe alloy system follows the parabolic rate law. At $700^{\circ}C$, Fe addition does not have a noticeable influence on the amount of weight gain of all specimens. However, at $800^{\circ}C$, Ti-6Al-4Fe alloy shows remarkable degradation compared to Ti-6Al-1Fe and Ti-6Al. It is discovered that the formation of $Al_2O_3$, a diffusion resistance layer, is remarkably hindered by a relative decrease of the ${\alpha}$ volume fraction. This is because Fe addition increases the volume fraction of ${\beta}$ phase within the Ti-6Al-xFe alloy system. Activities of Al, Ti, and Fe with respect to the formation of oxide layers are calculated and analyzed to explore the oxidation mechanism.
Cheon, S.;Yu, J.;Kim, J.G.;Oh, J.S.;Nam, T.H.;Lee, T.
Transactions of Materials Processing
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v.31
no.4
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pp.173-178
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2022
The present study employed two different machine-learning approaches, the extreme gradient boosting (XGB) and light gradient boosting machine (LGBM), to predict a compressive deformation behavior of additively manufactured Ti-6Al-4V. Such approaches have rarely been verified in the field of metallurgy in contrast to artificial neural network and its variants. XGB and LGBM provided a good prediction for elongation to failure under an extrapolated condition of processing parameters. The predicting accuracy of these methods was better than that of response surface method. Furthermore, XGB and LGBM with optimum hyperparameters well predicted a deformation behavior of Ti-6Al-4V additively manufactured under the extrapolated condition. Although the predicting capability of two methods was comparable, LGBM was superior to XGB in light of six-fold higher rate of machine learning. It is also noted this work has verified the LGBM approach in solving the metallurgical problem for the first time.
Additively manufactured metallic components contain high surface roughness values, which lead to unsatisfactory high cycle fatigue resistance. In this study, high cycle fatigue properties of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy are investigated and the effect of dry-electropolishing, which does not cause weight loss, on the fatigue resistance is also examined. To reduce the internal defect in the as-built Ti-6Al-4V, first, hot isostatic pressing (HIP) is conducted. Then, to improve the mechanical properties, solution treatment and aging are also implemented. Selective laser melting (SLM)-built Ti64 shows a primary α and secondary α+β lamellar structure. The sizes of secondary α and β are approximately 2 ㎛ and 100 nm, respectively. On the other hand, surface roughness Ra values of before and after dry-electropolishing are 6.21 ㎛ and 3.15 ㎛, respectively. This means that dry-electropolishing is effective in decreasing the surface roughness of selective laser melted Ti-6Al-4V alloy. The comparison of high cycle fatigue properties between before and after dry-electropolished samples shows that reduced surface roughness improves the fatigue limit from 150 MPa to 170 MPa. Correlations between surface roughness and high cycle fatigue properties are also discussed based on these findings.
The metal forming behavior and defect formation in Ti-6Al-4V tube during hot backward extrusion were investigated. Dynamic material model(DMM) including Ziegler's instability criterion was employed to predict the forming defects such as shear band, inner and/or surface cracks. This approach was coupled to the internal variables generated from FE analysis. The simulation results fur the backward extrusion were compared with the experimental observation. The chilling effect and friction indicated a great influence on the deformation mode of the tube and the formation of surface cracks. The formation of forming defects in the extruded tube was attributed to non-uniform distribution of strain, strain rate and temperatures in the extruded tubes for the given test conditions.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.33
no.4
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pp.251-260
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2000
Ta and Hf added Ti-l5Sn-4Nb alloys without V and Al elements for biomaterial were melted by arc furnace in response to recent concerns about the long term safety of Ti-6Al-4V alloy. All specimens were homogenized at $1000^{\circ}C$ and solution treatment was performed at $812^{\circ}C$ and aging treatment at $500^{\circ}C$. The microstructure and mechanical properties were analysed by optical micrograph, hardness tester and instron. Ti-l5Sn-4Nb system alloys showed widmanstatten microstructure which is typical microstructure in $\alpha$+$\beta$ type Ti alloys. The Ti-l5Sn-4Nb-2Hf and Ti-l5Sn-4Nb-2Ta alloys showed better hardness and tensile strength compared with Ti-6Al-4V. The result of XPS analysis, Ti-l5Sn-4Nb alloy in air atmosphere consisted of $TiO_2$, SnO and NbO.
Compression tests were carried out to investigate the hot-deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy in the temperature range of $915^{\circ}C$ to $1015^{\circ}C$ and the strain rate range of $10^{-3}s^{-i}$ to $10s^{-1}$. Under the given test conditions, the hot-deformation of Ti-6Al-4V alloy was mainly led by dynamic recovery rather than by dynamic recrystallization. The activation energy for the plastic deformation in $\alpha+\beta$ field was about 894 kJ/mol and $\beta$ field was 332kJ/mo1. Processing map for hot working are developed on the basis of the variations of efficiency of power dissipation($\eta$=2m/m+1) and flow instability criterion using the dynamic material model. The optimum process condition in the ($\alpha+\beta$) field was obtained at the temperature ranges of $930^{\circ}C$ to $955^{\circ}C$$^{\circ}C$ and a strain rate of $10^{-3}s{-1}$.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.11
no.3
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pp.123-128
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2008
Ti-6Al-4V alloy is a critical strategic metal used in aerospace structure due to the high specific strength, toughness, durability, low density, corrosion resistance. Examples of application of this alloy are airframe structural components, aircraft gas turbine disks and blades. Forming of this alloy is not easy due to its high strength and low formability. However, this alloy shows superplastic properties that allow for large plastic deformation under certain conditions. Combination of superplastic forming and diffusion bonding(SPF/DB) processes of this alloy has been widely used to replace mechanically fastened structures with reduced weight and fabrication costs. In this study, superplastic forming/diffusion bonding technology has been developed for fabricating lightweight sandwich panels with Ti-6Al-4V alloy. The experimental results show the forming of titanium lightweight sandwich structure is successfully performed from 3 and 4 sheets of Ti-6Al-4V.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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