Studium procesů probíhajících v metastabilních beta slitinách titanu pomocí měření teplotní roztažnosti

• Název práce v češtině: Studium procesů probíhajících v metastabilních beta slitinách titanu pomocí měření teplotní roztažnosti
• Název v anglickém jazyce: Study of processes occurring in metastable beta titanium alloys using thermal expansion measurement
• Klíčová slova: slitiny titanu, fázové transformace, teplotní roztažnost, dilatometr
• Klíčová slova anglicky: Titanium alloys, phase transformations, thermal expansion, dilatometer
• Akademický rok vypsání: 2014/2015
• Typ práce: projekt
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky materiálů (32-KFM)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Petr Harcuba, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 15.05.2015
• Datum zadání: 15.05.2015

Zásady pro vypracování

Vymezení projektu:
Studentský projekt se týká detekce fyzikálních dějů měřením teplotní roztažnosti pomocí dilatometru Linseis L75 PT. Tato měření budou prováděna v rozsahu teplot od -200 °C až do 900 °C. Dilatometrie je zcela nová metoda na Katedře fyziky materiálů. Velmi důležitou součástí tohoto projektu bude uvedení dilatometru do provozu a pečlivá kalibrace přístroje. Student bude zkoumat fázové transformace v metastabilních beta slitinách titanu. Studentský projekt má experimentální charakter.

Stav poznání:
Čistý titan za pokojové teploty krystalizuje v hexagonální těsně uspořádané struktuře a označuje se jako α-fáze. Nad teplotou 882 °C (tzv. β přechod) se struktura mění na kubickou prostorově centrovanou, tzv. β-fázi. Teplota β přechodu slitin titanu závisí na obsahu a druhu příměsových prvků.
Slitiny titanu se podle obsahu legujících prvků dělí na α, α+β a β.
Mechanické vlastnosti β-Ti slitin lze významně ovlivnit žíháním, které probíhá dvoustupňově. V prvním kroku při nižší teplotě vzniknou v materiálu částice metastabilní ω-fáze. Ve druhém kroku za vyšší teploty slouží ω částice jako prekurzor pro precipitaci částic stabilní α-fáze. Částice α-fáze jsou pak drobné a homogenně rozložené. To vede ke zlepšení mechanických vlastností materiálu. Celý proces je významně ovlivněn nejen dobou a teplotou žíhání, ale i rychlostí ohřevu a chlazení.
Teplotní roztažnost materiálů je možné měřit v závislosti na teplotě nebo čase. Lze stanovit například velikost délkové změny, nebo hodnotu teplotního koeficientu délkové roztažnosti. Měření umožňuje detekci fázových transformací probíhajících v materiálu.

Cíle SFG:
1) Student se seznámí s literaturou týkající se fázových transformací ve slitinách titanu.
2) Student se seznámí s funkcemi dilatometru a způsobem přípravy vzorků.
3) Student provede pečlivou kalibraci přístroje.
4) Student provede sérii měření teplotní roztažnosti na vzorcích pro různé materiály a při různých rychlostech ohřevu.
5) Student spolu s vedoucím projektu vyhodnotí naměřené výsledky.

Seznam odborné literatury

Sikka, S. K., Vohra, Y. K., Chidambaram, R.: Omega phase in materials. Progress in material science, 27:245-310, 1982.
Šmilauerová, J.: Phase transformations and microstructure changes in TIMET LCB alloy. Diplomová práce, MFF UK, 2012.
Banerjee, S., Mukhopadhyay, P. Phase Transformations Examples from Titanium and Zirconium Alloys. Great Britain: Elsevier, 2007. ISBN: 978-0-08-042145-2.
Mittemeijer, E. J. Analysis of the kinetics of phase transformations. Journal of Materials Science 27, 1992.
Wang YH., et al. Phase transformation in TC21 alloy during continuous heating. Journal of Alloys and Compounds 472, 2009.
LINSEIS L75 Vertical Dilatometer Instruction Manual. Linseis GmbH.
Linseis Software Manual. Linseis GmbH, 2013.

Předběžná náplň práce

Studentský projekt se týká detekce fyzikálních dějů měřením teplotní roztažnosti pomocí dilatometru Linseis L75 PT. Tato měření budou prováděna v rozsahu teplot od -200 °C až do 900 °C. Dilatometrie je zcela nová metoda na Katedře fyziky materiálů. Velmi důležitou součástí tohoto projektu bude uvedení dilatometru do provozu a pečlivá kalibrace přístroje. Student bude zkoumat fázové transformace v metastabilní beta slitinách titanu. Studentský projekt má experimentální charakter.
Čistý titan za pokojové teploty krystalizuje v hexagonální těsně uspořádané struktuře a označuje se jako α-fáze. Nad teplotou 882 °C (tzv. β přechod) se struktura mění na kubickou prostorově centrovanou, tzv. β-fázi. Teplota β přechodu slitin titanu závisí na obsahu a druhu příměsových prvků.
Slitiny titanu se podle obsahu legujících prvků dělí na α, α+β a β.
Mechanické vlastnosti β-Ti slitin lze významně ovlivnit žíháním, které probíhá dvoustupňově. V prvním kroku při nižší teplotě vzniknou v materiálu částice metastabilní ω-fáze. Ve druhém kroku za vyšší teploty slouží ω částice jako prekurzor pro precipitaci částic stabilní α-fáze. Částice α-fáze jsou pak drobné a homogenně rozložené. To vede ke zlepšení mechanických vlastností materiálu. Celý proces je významně ovlivněn nejen dobou a teplotou žíhání, ale i rychlostí ohřevu a chlazení.
Teplotní roztažnost materiálů je možné měřit v závislosti na teplotě nebo čase. Lze stanovit například velikost délkové změny, nebo hodnotu teplotního koeficientu délkové roztažnosti.
Měření umožňuje detekci fázových transformací probíhajících v materiálu.
Měřící aparatura je jedním z nejnovějších přístrojů na Katedře fyziky materiálů a veškeré naměřené výsledky tedy budou originální a jedinečné. Velmi důležitou součástí tohoto projektu bude uvedení dilatometru do provozu a pečlivá kalibrace přístroje.