Microstructure and Texture of Titanium Prepared by Powder Metallurgy

• Thesis title in Czech: Mikrostruktura a textura titanu připraveného přáškovou metalurgií
• Thesis title in English: Microstructure and Texture of Titanium Prepared by Powder Metallurgy
• Key words: titan, kryogenní mletí, sintrování elektrickým proudem, textura, transmisní EBSD
• English key words: titanium, cryogenic milling, spark plasma sintering, texture, transmission EBSD
• Academic year of topic announcement: 2016/2017
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Physics of Materials (32-KFM)
• Supervisor: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 24.03.2017
• Date of assignment: 19.06.2017
• Confirmed by Study dept. on: 10.07.2017
• Date and time of defence: 06.06.2018 09:00
• Date of electronic submission: 11.05.2018
• Date of submission of printed version: 11.05.2018
• Date of proceeded defence: 06.06.2018
• Opponents: Ing. Tomáš Chráska, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Petr Harcuba, Ph.D.

Guidelines

1) rešerše odborné literatury – ultrajemnozrnný titan a slitiny titanu, kryogenní mletí, sintrování elektrickým proudem, mechanismy zpevnění
2) příprava materiálu pomocí kryogenního mletí a sintrování elektrickým proudem (SPS)
3) studium mikrostruktury prášků a sintrovaných vzorků pomocí skenovací elektronové mikroskopie
4) charakterizace mechanických vlastností prostřednictvím měření mikrotvrdosti a tlakových zkoušek
5) podrobná diskuse vlivu zpracování na mikrostrukturu materiálu a vlivu mikrostruktury na mechanické vlastnosti
6) tepelné zpracování vzorků a diskuse vývoje mikrostruktury po tepelném zpracování
7) sepsání diplomové práce

References

G. Lutjering, J. C. Williams; „Titanium“, Springer; 2007
T. G. Langdon, „Twenty-five years of ultrafine-grained materials: Achieving exceptional properties through grain refinement", Acta Mater., roč. 61, č. 19, s. 7035–7059, lis. 2013.
C. Suryanarayana, „Mechanical alloying and milling", Prog. Mater. Sci., roč. 46, č. 1–2, s. 1–184, 2001.
C. Suryanarayana a N. Al-Aqeeli, „Mechanically alloyed nanocomposites", Prog. Mater. Sci., roč. 58, č. 4, s. 383–502, květen 2013.
O. Ertorer, T. D. Topping, Y. Li, W. Moss, a E. J. Lavernia, „Nanostructured Ti Consolidated via Spark Plasma Sintering", Metall. Mater. Trans. A, roč. 42, č. 4, s. 964–973, 2011.
F. Sun, A. Zúñiga, P. Rojas, a E. J. Lavernia, „Thermal stability and recrystallization of nanocrystalline Ti produced by cryogenic milling", Metall. Mater. Trans. A, roč. 37, č. 7, s. 2069–2078, 2006.
W. J. Lu, L. Xiao, D. Xu, J. N. Qin, a D. Zhang, „Microstructural characterization of Y2O3 in in situ synthesized titanium matrix composites", J. Alloys Compd., roč. 433, č. 1–2, s. 140–146, květen 2007.

Preliminary scope of work

Titan a jeho slitiny patří k perspektivním materiálům zejména v leteckém průmyslu a pro biotechnologické aplikace. Zmenšením velikosti zrna lze dosáhnout dalšího zlepšení mechanických vlastností, příp. i superplastického chování při deformaci.
Studovaný materiál bude vyroben cestou práškové metalurgie pomocí vysokoenergetického kulového mletí v kapalném argonu a následného sintrování elektrickým proudem (SPS). Očekává se, že výsledný materiál bude mít ultra-jemnozrnnou strukturu a zvýšenou pevnost. Cílem této pionýrské práce je prozkoumat možnosti a podmínky přípravy ultrajemnozrnného titanu touto unikátní metodou. Podle dosažených výsledků se může práce dále zabývat studiem ultrajemnozrnné struktury a fázových transformací ve slitině Ti15Mo, případně studovat vliv keramických částic Y2O3 na tepelnou stabilizaci ultra-jemnozrnné struktury čistého titanu. Součástí experimentální práce bude zejména samostatné studium mikrostruktury pomocí skenovací elektronové mikroskopie a samostatné měření mechanických vlastností pomocí měření mikrotvrdosti a tlakových zkoušek.

Preliminary scope of work in English

Titanium and its alloy belong to the perspective materials for application in aircraft manufacturing and biomedicine. Metallic materials with decreased grain size show enhanced mechanical properties and may show superplastic deformaiton behaviour at elevated temperatures.
Cryogenic milling and subsequent spark plasma sintering will be used for preparation of studied material. It is assumed that the prepared material will be ultra fine grained (UFG) and possess enhanced strength.
The aim of this pioneering work is to investigate possibilities and conditions of preparation of UFG titanium using this unique techniques.
Depending on the achieved results, thesis can further deal in investigation of UFG microstructure and phase transformations of Ti15Mo alloy and in the effect of ceramic Y2O3 particles on the thermal stability of UFG microstructure. Experimental methods will include scanning electron microscopy, microhardness measurements and compression tests.