Microstructure and Texture of Titanium Prepared by Powder Metallurgy

Abstract

Komerčně čistý titan byl připraven jako objemový materiál pomocí práškové metalurgie, konkrétně pomocí kryogenního mletí a sintrování elektrickým prou- dem, s cílem připravit ultrajemnozrnný materiál se zvýšenou pevností. Mikro- struktura prášků po mletí byla detailně zkoumána pomocí transmisního EBSD - nové metody, která umožnila první přímé pozorování textury uvnitř částic. Tato textura je podobná textuře po válcování díky podobnosti deformačních mecha- nismů. V prášku byla pozorována zrna s velikostí pod 100 nm. Vliv parametrů sintrování na vlastnosti materiálu byl studován pomocí skeno- vací elektronové mikroskopie včetně EBSD, rentgenové difrakce a pomocí měření mikrotvrdosti. Byl odhalen kompromisní vztah mezi porozitou a velikostí zrna - zcela neporézní materiál s ultrajemnozrnnou strukturou není možné připravit. Zvýšený obsah kyslíku je hlavním faktorem přispívajícím ke zpevnění materiálu, zatímco porozita má značně nepříznivý vliv na mechanické vlastnosti. Textura prášku byla za- chována i v sintrovaném materiálu. Možnost stabilizace ultrajemnozrnné struktury mechanickým legováním Ti s oxi- dem ytritým byla studována se smíšenými výsledky. Stabilizace byla úspěšná,...

Bulk commercially pure titanium was prepared by powder metallurgy, namely by cryogenic milling and spark plasma sintering, with aim to produce ultra-fine grained material with enhanced strength. The microstructure of milled powders was investigated in detail by a novel method called transmission EBSD, which allowed the first direct observation of texture within the powder particles. This texture is similar to rolling texture, because of the similar nature of the defor- mation during milling. Microstructure observations revealed grains with the size under 100 nm. The influence of sintering parameters on material properties were studied by scan- ning electron microscopy including EBSD, X-ray diffraction and by microhardness measurements. The trade-off relationship between porosity and grain size was identified, fully dense material with ultra-fine grained microstructure could not be produced. Increased oxygen content was identified as a main strengthening factor, while porosity has significant deteriorating effect on mechanical properties. The texture of powder was retained in the bulk material. The possibility of stabilizing the microstructure by mechanical alloying of Ti with yttrium oxide nanoparticles was investigated with mixed results. The stabiliza- tion was successful, but several issues...