Transformačně indukovaná plasticita ve slitinách titanu a slitinách s vysokou entropií

• Název práce v češtině: Transformačně indukovaná plasticita ve slitinách titanu a slitinách s vysokou entropií
• Název v anglickém jazyce: Transformation induced plasticity in titanium alloys and high entropy alloys
• Klíčová slova: slitiny titanu, slitiny s vysokou entropií, martensit, fázové transformace, transformačně indukovaná plasticita
• Klíčová slova anglicky: titanium alloys, high entropy alloy, martensite, phase transformation, transformation induced plasticity
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky materiálů (32-KFM)
• Vedoucí / školitel: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 23.09.2020
• Datum zadání: 23.09.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 30.09.2020
• Konzultanti: RNDr. Jana Šmilauerová, Ph.D.

Zásady pro vypracování

- Doktorand se seznámi s martensitickými fázovými transformacemi a napěťově indukovaným vznikem martensitické fáze
- Doktorand vypracu je stručnou rešerši o transformačně indukované plasticitě (TRIP effect)
- Doktorand se seznámení se slitinami titanu, jejich typy, fázovým složením a vypracuje rešerši slitin Ti vykazujících TRIP efekt
- Doktorand bude spolupracovat na návrhu slitin Ti se zvýšeným obsahem kyslíku a metastabilním složením, které by mohly vykazovat TRIP efekt
- Doktorand se seznámi s konceptem slitin s vysokou entropií (high entropy alloys - HEA) a vypracuje rešerši HEA vykazujících TRIP efekt
- Doktorand navrhne a bude se podílet na výrobě HEA slitin vykazujících TRIP effect
- Doktorand bude provádět experimentální charakterizaci všechy vyrobených materiálů a během svého studia se seznámí s řadou metod charakterizace kovových materiálů
- Dle potřeb vědecké práce a zájmu se doktorand hlouběji seznámí s některou/některými metodami charakterizace (skenovací elektronová mikroskopie, transmisní rentgenová difrakce, mechanické testy a digital image correlation, metody termální analýzy apod.) a bude je využívat samostatně.

Seznam odborné literatury

M. Marteleur, F. Sun, T. Gloriant, P. Vermaut, P. J. Jacques, F. Prima, On the design of new β-metastable titanium alloys with improved work hardening rate thanks to simultaneous TRIP and TWIP effects,
Scripta Materialia 66 (2012) 749-752
J.Y. Zhang, J.S. Li, Z. Chen, Q.K. Meng, F. Sun, B.L. Shen, Microstructural evolution of a ductile metastable β titanium alloy with combined TRIP/TWIP effects, Journal of Alloys and Compounds 699 (2017)775-782
http://www.dierk-raabe.com/high-entropy-alloys/
D.B. Miracle, O.N. Senkov, A critical review of high entropy alloys and related concepts, Acta Materialia 122 (2017) 448-511
http://www.dierk-raabe.com/combining-twip-and-trip/
M. Wang, Z. Li, D. Raabe, In-situ SEM observation of phase transformation and twinning mechanisms in an interstitial high-entropy alloy,
Acta Materialia 147 (2018) 236-246

Předběžná náplň práce

Slitiny titanu se mohou v závislosti na složení a zpracování materiálu vyskytovat v různých krystalových uspořádáních - fázích. Jedním z typů fázových přeměn je martenzitická transformace, při které dochází k náhlému organizovanému posunu atomů o zlomek mezirovinné vzdálenosti, a tím k vytvoření nové fáze. K martenzitické transformaci může dojít i působením mechanického napětí (stress induced martensite – SIM), což v důsledku vede k vyšší plasticitě materiálu (transformation induced plasticity – TRIP). TRIP efekt byl ve slitinách titanu již pozorován a studován. Předmětem studia však budou metastabilní slitiny Ti se zvýšeným obsahem kyslíku, a tím i vyšší pevností, které jsou vyvíjeny na školícím pracovišti. Cílem práce v této části bude prozkoumat vliv intersticiálního kyslíku na stabilitu fází a TRIP efekt. Praktickým výstupem je nalezení slitiny, která by vykazovala TRIP efekt při vysokém mechanickém napětí.
Slitiny s vysokou entropií (high entropy alloys – HEA) jsou tvořeny alespoň pěti prvky, přičemž podíl každého je v rozmezí 5 – 35 at. %. HEA představují nový koncept kovových materiálů s vysokou pevností, vysokou teplotní odolností a potenciálně zlepšenými funkčními vlastnostmi (korozní odolnost, biokompatibilita apod.). Kromě historicky původních slitin s plošně centrovanou kubickou strukturou (fcc) byla vyinuta řada slitin s prostorově centrovanou kubickou mříží (bcc). HEA s bcc strukturou mají řadu podobností s komplexními metastabilními slitinami titanu. TRIP efekt v bcc HEA slitinách byl pozorován, avšak nebyl dosud podrobně zkoumán.

V dizertační práci bude studován tzv. TRIP efekt ve slitinách Ti a slitinách s vysokou entropií. Bude popsán vliv složení na fázovou stabilitu a následně mechanické vlastnosti. V práci budou využity dostupné teoretické koncepty a modely pro popis martenzitické fázové transformace.
Studované materiály budou vyrobeny ve vnitrofakultní spolupráci (KFKL, KFNT) a ve spolupráci s tuzemskými partnery – UJP Praha a.s. (obloukové tavení slitin) a Ústav fyziky plazmatu AV ČR (sintrování elektrickým proudem). Školící pracoviště s těmito partnery spolupracuje dlouhodobě, v současnosti na projektech GAČR a TAČR. Školící pracoviště disponuje veškerým vybavením pro experimentální studium materiálů, které budou zkoumány v rámci doktorského studia. Předkládané téma dizertační práce je součástí výzkumu na školícím pracovišti.