Displacive characteristics of β to α phase transformation and its impact on hot deformation behavior in Ti-7333 metastable β titanium alloy - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2019

Displacive characteristics of β to α phase transformation and its impact on hot deformation behavior in Ti-7333 metastable β titanium alloy

Caractéristiques displacives de la transformation de phase de β en α et ses conséquences sur le comportement en déformation à chaud dans l'alliage métastable β Ti-7333


A thorough investigation has been conducted on the Ti-7333 alloy in terms of the β to α phase transformation. It was revealed that the structure transformation is realized by a contraction in the <1"1" ̅"2" ̅>β, an elongation in the <"1" ̅1"1" ̅>β and <110>β, and a shear on the {1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β slip system. Each α precipitate is composed of two kinds of nano-sized α domains. One is situated on the broad face of the major α precipitate (named interface α), and the other goes through the major α (termed penetrating α). The nucleation of such α is induced by the large shear strain generated by the formation of the major α. The penetrating α does not obey the BOR with the β matrix. The nucleation of such α is induced by the largest normal strain generated by the formation of the main α plate. The selection of the α variants during hot deformation at 700°C happens with dependence on the local crystal perfection of the β grains. In the slightly deformed β grains, 2 BOR variants are formed ‘cross-shaped’ clusters. The selected variants make maximum contribution to the macroscopic deformation and receive the maximum resolved shear stress from the external load resolved on their {1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β systems for transformation. In the heavily deformed β grains occupied mainly by dislocation slip, 2 to 4 BOR variants are selected in smaller numbers. The selection criterion is still obeyed but with restriction from the local deformation. The deformation behavior during 700°C compression presents three characteristic stress-strain stages: a linear stage (Stage I), a discontinuous yielding (Stage II) and a steady-state (Stage III). At the end of Stage I, more than 90% of the β boundaries are occupied by grain boundaries α (αGB). The discontinuous yielding of Stage II originated from the fragmentation of the αGB and the intensive formation of mobile dislocations near the β grain boundary areas. The steady-state of Stage III arises from two orientation dependent deformation modes of the β grains. For those in favorable activation orientation for their {110}β<1"1" ̅1>β systems with respect to the external compressive load, the deformation is realized by the dislocation slip and by the formation of slip bands; whereas for those with their {1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β systems - the system for β to α transformation - in favorable orientations, the deformation is achieved by intensive formation of intragranular α precipitates.
Une étude approfondie a été menée sur l’alliage Ti-7333 en termes de transformation de phase β en α. Il a été montré que la transformation de la structure est réalisée par une contraction dans<1"1" ̅"2" ̅>β, un allongement dans <"1" ̅1"1" ̅>β et <110>β, et un cisaillement sur le système de glissement{1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β. Chaque précipité α est composé de deux types de domaines α de taille nanométrique. L'un est situé sur la face large du précipité α majeur (interface α), l'autre traverse le α majeur (α pénétrant). La nucléation de cet α est induite par la contrainte importante de cisaillement générée par la formation du α majeur. Le α pénétrant n'obéit pas au BOR avec la matrice β mais. La nucléation de cet α est induite par la plus grande contrainte normale générée par la formation de la plaque α principale. La sélection des variantes α lors de la déformation à chaud à 700 °C s'effectue en fonction de la perfection cristalline locale des grains β. Dans les grains β légèrement déformés, 2 variantes de BOR liées. Les variantes sélectionnées apportent une contribution maximale à la déformation macroscopique et subissent la contrainte de cisaillement résolue maximale de la charge externe résolue sur leurs systèmes de transformation {1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β. Dans les grains β fortement déformés occupés principalement par des bandes de glissement, 2 à 4 variantes de BOR sont sélectionnées. Le critère de sélection est toujours respecté mais avec une restriction de la déformation locale. Le comportement en déformation lors de la compression à 700 °C présente trois stades contraintes-déformations caractéristiques : un stade linéaire (stade I), un stade d’écoulement discontinu (stade II) et un stade stable (stade III). À la fin du stade I, plus de 90% des joints de grains β sont occupés par des joints de grains α (αGB). Le rendement discontinu du stade II provient de la fragmentation de αGB et de la formation intensive de dislocations mobiles près des joints de grains β. L'état d'équilibre du stade III résulte de deux modes de déformation. Pour ceux dont l'orientation d'activation est favorable pour leurs systèmes {110}β<1"1" ̅1>β par rapport à la charge de compression, la déformation est réalisée par le glissement de dislocation et par la formation de bandes de glissement; alors que pour ceux avec leur {1"1" ̅"2" ̅}β<"1" ̅1"1" ̅>β systèmes - le système de transformation de β à α - dans des orientations favorables, la déformation est obtenue par formation intensive de précipités α intragranulaires.
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Ke Hua. Displacive characteristics of β to α phase transformation and its impact on hot deformation behavior in Ti-7333 metastable β titanium alloy. Materials. Université de Lorraine; Northwestern Polytechnical University (Chine), 2019. English. ⟨NNT : 2019LORR0213⟩. ⟨tel-02529689⟩
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