The ${\alpha}-{\beta}$ phase transition of titanium was investigated through in-situ EF-TEM heating experiments. Three different areas of a titanium foil were observed to minimize statistical errors. Systematic recording of diffraction patterns and images was carried out from $RT{\rightarrow}600^{\circ}C{\rightarrow}900^{\circ}C{\rightarrow}RT$ on each area. The following results were obtained: (1) Transition of titanium takes place very rapidly at $900^{\circ}C$. Two phases of titanium, ${\alpha}\;and\;{\beta}$, coexist at this temperature. (2) The transited ${\beta}$-phase appears in the form of twinned plates which are arranged in rotation relationship one another. (3) Analyses of electron diffraction patterns and EDS data indicate that the thermal oxidation layer is gradually formed on the surface of titanium above $900^{\circ}C$, which hinders the reversible ${\beta}{\rightarrow}{\alpha}$ phase transition upon cooling.
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.
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.
Beta-titanium alloys are used in many industries due to their increased elongation resulting from their BCC structure and low modulus of elasticity. However, there are many limitations to their use due to the high cost of beta-stabilizer elements. In this study, biocompatible Ti-Mo-Fe beta titanium alloys are designed by replacing costly beta-stabilizer elements (e.g., Nb, Zr, or Ta) with inexpensive Mo and Fe elements. Additionally, Ti-Mo-Fe alloys designed with different Fe contents are fabricated using powder metallurgy. Fe is a strong, biocompatible beta-stabilizer element and a low-cost alloying element. The mechanical properties of the Ti-Mo-Fe metastable beta titanium alloys are analyzed in relation to the microstructural changes. When the Fe content increases, the tensile strength and elongation decrease due to brittle fracture despite a decreasing pore fraction. It is confirmed that the hardness and tensile strength of Ti-5Mo-2Fe P/M improve to more than 360 Hv and 900 MPa, respectively.
Beta-type alloys are the most versatile class of titanium alloys. They offer the highest strength to weight ratios and very attractive combinations of strength, toughness, and fatigue resistance inlarge cross sections [1]. The present study was made to obtain useful information for the design of ${\beta}$-type titanium alloys with high-strength properties by using the $DV-X{\alpha}$ method. Employing two calculated parameters, the bond order (Bo) and the d-orbital energy level (Md) of alloying elements in ${\beta}$-type titanium alloy was introduced and used for prediction of mechanical properties. Thus, high-strength titanium alloys were designed by calculating the Md and Bo values of the previous and present titanium alloys.
${\alpha}$-titanium alloy has a relatively low heat treatment characteristic and it is mainly subjected to heat treatment for residual stress, recovery or dynamic recrystallization. In this study, commercially pure titanium hollow castings was fabricated by gravity casting. Heat treatments were carried out at $750^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ and $950^{\circ}C$ to investigate the effect of post-heat treatment on microstructure and mechanical properties. Beta-transus temperature ($T_{\beta}$) was about $913^{\circ}C$, and equiaxed microstructure was shown at temperature below $T_{\beta}$ and lath-type microstructure at temperature above $T_{\beta}$. Microstructure and mechanical properties did not show any significant difference in the direction of solidification for titanium hollow billet, so it can be seen that it was a well-made material for extrusion process. The optimum heat treatment condition of hollow billet castings for the seamless tube production was $850^{\circ}C$, 4 hr, FC, indicating a combination of equiaxed microstructure and appropriate mechanical properties.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.76-79
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2009
The current understanding for phase/grain boundary sliding and low-temperature/high-strain rate superplasticity of two-phase titanium alloys is summarized. The quantitative analysis on boundary sliding revealed increased sliding resistance on the order of $\alpha/\beta\;\ll\;\alpha/\alpha\;\approx\;\beta/\beta$ boundary, hence, led to the conclusion that approximately 50% alpha(or beta) volume fraction and/or grain refinement is beneficial for obtaining large superplastic elongation at low temperature and/or high strain rate. To predict the temperature for 50% alpha volume in various alpha/beta Ti, artificial neural network was applied. Finally, much enhanced superplasticity was achieved through grain refinement utilizing dynamic globularization.
The current understanding for phase/grain boundary sliding and low-temperature/high-strain rate superplasticity of two-phase titanium alloys is summarized. The quantitative analysis on boundary sliding revealed increased sliding resistance on the order of ${\alpha}/{\beta}\;\ll\;{\alpha}/{\alpha}\;{\approx}\;{\beta}/{\beta}$ boundary, hence, led to the conclusion that approximately 50% alpha(or beta) volume fraction and/or grain refinement is beneficial for obtaining large superplastic elongation at low temperature and/or high strain rate. To predict the temperature for 50% alpha volume in various alpha/beta Ti, artificial neural network was applied. Finally, much enhanced superplasticity was achieved through grain refinement utilizing dynamic globularization.
Kim, Hyung-Sun;Cho, Won-Il;Cho, Byung-Won;Park, Joon-Bong;Hur, Yin-Sik
Journal of the Korean Electrochemical Society
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v.5
no.2
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pp.43-46
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2002
Commercial titanium rod was anodized in three types of electrolytes such as 0.06 mol/L $\beta-glycerophosphate+0.3mol/L$ calcium acetate, 0.06mol/L $\beta-glycerophosphate+0.3mol/L$ sodium acetate and 0.06 mol/L $\beta-glycerophosphate+5mol/L$ calcium phosphate. The titanium oxide layer $(TiO_2)$ was characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and electron spectroscopy chemical analysis (ESCA). Numerous micropores were observed on the titanium oxide layer by SEM. The diameter of micropores increased with the increase of electrolytic voltage. The titanium oxide layer was composed of anatase structure. The phosphorous element was detected at 130 eV binding energy, but calcium was not found in the oxide layer because of lower contents. After anodizing the oxide layer was etched in the 30g/L NaOH solution at $80^{\circ}C$ for 1hr. The surroundings of micropores were much more smoothed and rounded than before alkaline etching.
The effect of aging heat treatment on microstructure evolution of the Ti-6Al-4Fe-0.25Si alloy with an initial microstructure of an elongated alpha was investigated. Aging treatments of the samples were carried out at $550^{\circ}C$ for up to 100 hours. The microstructure of the 5 hours heat-treated sample consisted of alpha grains, beta matrix and some TiFe intermetallic compounds that were precipitated from the beta matrix. Increasing the aging time to 10 hours, most of the beta matrix was decomposed to very fine alpha grains (${\sim}0.5{\mu}m$) and TiFe, and thus the volume fraction of the beta matrix was significantly decreased. EBSD analysis revealed that newly formed tertiary-alpha-grains in the vicinity of TiFe had high angle boundaries with respect to the primary and secondary alpha grains. As a result of these phase transformations during aging, the fraction of the alpha/alpha grain boundary was increased while that of the alpha/beta phase boundary was decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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