Strukturní parametry martenzitu v Ti slitinách, ovlivněné přítomností atomů kyslíku

• Název práce v češtině: Strukturní parametry martenzitu v Ti slitinách, ovlivněné přítomností atomů kyslíku
• Název v anglickém jazyce: Structure parameters of martensite in Ti alloys modified by presence of oxygen atoms
• Klíčová slova: Ti slitiny|Martenzitická transformace|Intersticiální zpevnění|Určování struktury
• Klíčová slova anglicky: Ti alloys|Martensitic transformation|Interstitial strengthening|Structure refinement
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky materiálů (32-KFM)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Dalibor Preisler, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 13.05.2022
• Datum zadání: 27.05.2022
• Datum potvrzení stud. oddělením: 10.06.2022
• Datum a čas obhajoby: 08.02.2024 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 05.05.2023
• Datum odevzdání tištěné podoby: 08.02.2024
• Datum proběhlé obhajoby: 08.02.2024
• Oponenti: RNDr. František Lukáč, Ph.D.
• Konzultanti: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1) Rešerše literárních pramenů: Slitiny Ti vykazující přítomnost martenzitické fáze, Martenzitická transformace a její uplatnění, Zpevnění slitin Ti pomocí přidání intersticiálního kyslíku, Metody určování struktury krystalických látek.
2) Příprava materiálu: obloukové tavení slitin Ti, obsahujících různé obsahy beta-stabilizačního prvku (Nb) a dále různé obsahy kyslíku.
3) Vhodné tepelně-mechanické zpracování odlitých slitin a příprava vzorků, příp. jejich řízená deformace. Přesné měření obsahu kyslíku.
4) Studium mikrostruktury připravených slitin pomocí skenovací elektronové mikroskopie vč. difrakce zpětně odražených elektronů.
5) Kvalitativní rentgenová difrakce na objemových slitinách a kvantitativní rentgenová difrakce na slitinách ve vhodně zvolené formě (např. prášek nebo monokrystal).
6) Případná rozšiřující měření (měření mikrotvrdosti, pozorování pomocí transmisní elektronové mikroskopie).
7) Vyhodnocení dat, získaných difrakcí zpětně odražených elektronů a vyhodnocení záznamů práškové difrakce pomocí Rietveldovy metody.
8) Diskuse získaných poznatků: vzájemná souvislost obsahu kyslíku a beta stabilizačních prvků se strukturními a mikrostrukturními parametry martenzitické fáze, vzniklé při kalení nebo deformaci. Vliv na stabilizaci martenzitu / metastabilní fáze beta.
9) Sepsání diplomové práce.

Seznam odborné literatury

- Elmay, W. et al. Stability and elastic properties of Ti-alloys for biomedical application designed with electronic parameters. EPJ Web of Conferences, 2010, 6, 29002.
- Tahara M. et al. Lattice modulation and superelasticity in oxygen-added β-Ti alloys. Acta Materialia, 2011, 59(16), 6208-18.
- Wei, Q. et al. Influence of oxygen content on microstructure and mechanical properties of Ti–Nb–Ta–Zr alloy. Materials & Design, 2011, 32, 2934–2939.
- Obbard E G et al. The effect of oxygen on α″ martensite and superelasticity in Ti–24Nb–4Zr–8Sn. Acta Materialia, 2011, 59, 112–25.
- Stráský et al. Increasing strength of a biomedical Ti-Nb-Ta-Zr alloy by alloying with Fe, Si and O. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2017, 71, 329-36.
- Zheng Y et al. The influence of aluminum and oxygen additions on intrinsic structural instabilities in titanium-molybdenum alloys. Scripta Materialia, 2018, 152, 150–3.
- Kawano S. et al. Effect of Oxygen Addition on the Formation of α′′ Martensite and Athermal ω in Ti–Nb Alloys. Materials Transactions, 2019, 60, 1842–1849.
- Yokota K. et al. Mechanisms of tensile strengthening and oxygen solid solution in single β-phase Ti-35 at.%Ta+O alloys. Materials Science and Engineering: A, 2021, 802, 140677.

Předběžná náplň práce

Přítomnost kyslíku v beta slitinách Ti zvyšuje jejich pevnost při zachování její tažnosti. Zároveň způsobuje významné změny stability fáze beta vůči ortorhombické martenzitické fázi alfa“, spojené s jevy jako tvarová paměť, superelasticita nebo transformačně indukovaná plasticita. Ač byly tyto vlivy podrobně studovány z hlediska mikrostruktury, dosud nebyl dostatečně kvantifikován vliv atomů kyslíku na krystalovou strukturu a mřížové parametry jednotlivých fází. Kombinací vhodných experimentálních technik řešitel kvantitativně určí tento vliv na mřížové parametry martenzitu alfa“, vzniklého jak kalením z vysokoteplotní fáze beta, tak napěťově indukovanou martenzitickou transformací. Jevy budou studovány na slitinách Ti-Nb-O, příp. Ti-Nb-Zr-O, které student samostatně připraví. Diplomová práce poskytne důležité údaje k výzkumu slitin, obohacených obsahem intersticiálního kyslíku, u nichž bude požadováno dosažení jevů souvisejících s martenzitickou transformací (např. napěťově indukovaná plasticita).