Phase transformations in modern titanium alloys

Abstract

Tato práce se zabývá fázovými transformacemi v metastabilních β slitinách titanu s důrazem na studium vývoje nanočástic termodynamicky metastabilní ω fáze. Pro účely experimentů popsaných v této práci byly připraveny monokrystaly dvou metastabilních β slitin titanu pomocí metody zonální tavby - LCB (Ti- 6.8Mo-4.5Fe-1.5Al) a Ti-15Mo (ve váhových %). Diferenční skenovací kalorimetrie prokázala, že drobné změny v chemickém složení monokrystalického materiálu mají pouze malý vliv na probíhající fázové transformace. Rentgenová difrakce umožnila určit tvar a velikost ω částic v sérii různě vyžíhaných monokrystalických vzorků. Dále byly stanoveny mřížové parametry ω fáze a β matrice a tzv. misfit mezi oběma strukturami. Bylo zjištěno, že β matrice je v okolí ω částic deformovaná v tlaku. Maloúhlový rozptyl rentgenového záření ukázal na prostorové uspořádání ω částic do kubické mříže s bázovými vektory rovnoběžnými se směry 100 β. Maloúhlový rozptyl rovněž umožnil určit střední velikosti a vzdálenosti ω částic. Oba tyto parametry závisí na době žíhání jako t1/3 , což je ve shodě s teorií podle Lifshitze, Slyozova a Wagnera. Maloúhlový rozptyl rentgenového záření měřený in situ...

This study deals with phase transformations in metastable β titanium alloys, focusing on the investigation of evolution of nanoparticles of thermodynamically metastable ω phase. For the purpose of this research, single crystals of two metastable β titanium alloys - LCB (Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al) and Ti-15Mo (in wt. %) - were grown in an optical floating zone furnace. It was established by differential scanning calorimetry that the phase transformations occurring in the material did not change significantly as a result of the single crystal growth process. Using single crystal X-ray diffraction, the shape and the size of ω particles were determined in a series of aged samples. The lattice parameters of ω particles and the β matrix, as well as the misfit between the two structures were calculated. The β phase was found to be locally deformed in compression around ω particles. Small-angle X-ray scattering (SAXS) experiments revealed a spatial ordering of ω particles in the β matrix in a disordered cubic array with the basis vectors along 100 β directions. The SAXS data also allowed the evaluation of the mean ω particle sizes and distances and confirmed that the ω particle growth obeys the t1/3 law following from the Lifshitz-Slyozov-Wagner theory. In situ SAXS performed during isothermal ageing at selected...