Martensitická transformace ve slitinách titanu a zirkonia
| Thesis title in Czech: | Martensitická transformace ve slitinách titanu a zirkonia |
|---|---|
| Thesis title in English: | Martensitic transformation in titanium and zirconium alloys |
| Key words: | martensitická transformace|slitiny titanu|slitiny zirkonia|rentgenová difrakce|difrakce zpětně odražených elektronů |
| English key words: | martensitic transformation|titanium alloys|zirconium alloys|x-ray diffraction|electron back-scattered diffraction |
| Academic year of topic announcement: | 2023/2024 |
| Thesis type: | dissertation |
| Thesis language: | čeština |
| 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: | 12.02.2024 |
| Date of assignment: | 12.02.2024 |
| Confirmed by Study dept. on: | 12.02.2024 |
| Advisors: | Mgr. Jiří Kozlík, Ph.D. |
| Guidelines |
| Plánovaný dizertační projekt vytyčuje tři vzájemně propojené cíle.
Prvním je popis mechanismů plastické deformace ve slitinách titanu s nízkou stabilitou kubické mříže, konkrétně vzniku napěťově indukovaného martenzitu a dvojčatění, prostřednictvím pokročilých měření a analýzy difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD) a rentgenové difrakce (XRD). Druhým cílem je analýza vlivu intersticiálních prvků, konkrétně kyslíku a dusíku ne výše uvedené mechanismy. Třetím cílem je aplikovat nabyté znalosti o slitinách Ti na studium a vývoj slitin zirkonia s aktivními mechanismy vzniku napěťově indukovaného martenzitu a dvojčatění. Zásady pro vypracován: 1) Doktorand vypracuje rešerši dostupné literatury se zaměřením na napěťově indukovanou martensitickou transformaci ve slitinách Ti. 2) Doktorand navrhne a bude podrobně charakterizovat vyrobené slitiny. Samostatně bude realizovat pozorování pomocí difrakce zpětně odražených elektronů včetně pokročilého zpracování naměřených dat. 3) Doktorand bude spolupracovat na charakterizaci prostřednictvím pokročilých metod rentgenové difrakce. 4) Doktorand na základě dosažených výsledků popíše mechanismy vzniku napěťově indukoavaného martenzitu. 5) Doktorand bude samostatně měřit obsah intersticiálních prvků. 6) Doktorand popíše vliv intersticiálních atomů na martenzitickou transformaci ve studovaných slitinách. 7) Doktorand využije nabyté znalosti pro návrh slitin zirkonia s aktivní napěťově indukovanou martenzitickou transformací. 8) Doktorand bude pravidelně publikovat dosažené výsledky v oborově významných periodikách a sepíše závěrečnou dizertačí práci. |
| References |
| [1] Niinomi M 2008 Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 1 30–42
[2] Nagasako N, Asahi R, Isheim D, Seidman D N, Kuramoto S and Furuta T 2016 Microscopic study of gum-metal alloys: A role of trace oxygen for dislocation-free deformation Acta Materialia 105 347–54 [3] Stráský J, Preisler D, Seiner H, Bodnárová L, Janovská M, Košutová T, Harcuba P, Šalata K, Halmešová K, Džugan J and Janeček M 2022 Achieving high strength and low elastic modulus in interstitial biomedical Ti–Nb–Zr–O alloys through compositional optimization Materials Science and Engineering: A 839 142833 [4] Lilensten L, Danard Y, Brozek C, Mantri S, Castany P, Gloriant T, Vermaut P, Sun F, Banerjee R and Prima F 2019 On the heterogeneous nature of deformation in a strain-transformable beta metastable Ti-V-Cr-Al alloy Acta Materialia 162 268–76 [5] Danard Y, Sun F, Gloriant T, Freiherr Von Thüngen I, Piellard M and Prima F 2020 The Influence of Twinning on the Strain–Hardenability in TRIP/TWIP Titanium Alloys: Role of Solute–Solution Strengthening Frontiers in Materials 7 [6] Kim H Y and Miyazaki S 2015 Martensitic Transformation and Superelastic Properties of Ti-Nb Base Alloys Materials Transactions 56 625–34 [7] Tahara M, Inamura T, Kim H Y, Miyazaki S and Hosoda H 2016 Role of oxygen atoms in α″ martensite of Ti-20at.% Nb alloy Scripta Materialia 112 15–8 [8] Besse M, Castany P and Gloriant T 2011 Mechanisms of deformation in gum metal TNTZ-O and TNTZ titanium alloys: A comparative study on the oxygen influence Acta Materialia 59 5982–8 [9] Niu J G and Geng W T 2014 Oxygen-induced lattice distortion in β-Ti3Nb and its suppression effect on β to α″ transformation Acta Materialia 81 194–203 |
| Preliminary scope of work |
| Titan a zirkonium jsou oba přechodné kovy ze 4. skupiny periodické tabulky. Krystalizují v hexagonální těsně uspořádané mřížce (fáze alfa), nicméně při legování s prvky zejména 5. a 6. skupiny (např. Nb, V, Mo) tvoří slitiny s kubickou prostorově centrovanou mříží (fáze beta). Nejvýznamnější jsou tzv. metastabilní beta slitiny, které jsou v případě titanu intenzivně studovány s ohledem na jejich příznivé mechanické a funkční vlastnosti. Slitiny titanu a zirkonia jsou významné a strukturní materiály využívané v medicíně, letectví, chemickém průmyslu a jaderném inženýrství.
S ohledem na metastabilitu krystalové struktury dochází v některých slitinách k unikátním jevům spojených s jejich elastickou a plastickou deformací. Konkrétně se jedná o tvorbu napěťově indukované martenzitické fáze a s tím spojené jevy super-elasticity a tvarové paměti. Dalším aktivním mechanismem plastické deformace v těchto materiálech je tzv. dvojčatění. Oba tyto jevy se zdají být vzájemně propojené, ovšem uspokojivý popis procesů a jejich souslednosti dosud není k dispozici. Ačkoli se jedná o základní výzkum v oblasti fyzikálních mechanismů plastické deformace exotických kovových materiálů, potenciální využitelnost materiálů na bázi Ti a Zr s vysokou pevností a tažností je nedozírná. Kromě pokročilých aplikací v implantační medicíně jsou materiály využitelné v leteckém a kosmickém průmyslu a v případě slitin Zr také v průmyslu jaderném a ve fúzních aplikacích. |