การลดขนาดเกรนของไทเทเนียมอัลลอยชนิด Ti-6A1-4Vโดยกรรมวิธีเทอร์โมเมคคานิคัลทรีทเมนท์

Grain Refinement of Titanium Alloy Type Ti-6Al-4V by Thermomechanical Treatment

Name: ภควดี ศิริหล้า

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะพลังงานและวัสดุ. สาขาวิชาเทคโนโลยีวัสดุ

Name: Pakawadee Sirilar

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. School of Energy and Materials. Materials Technology

keyword: ไทเทเนียมอัลลอย

; เทอร์โมเมคคานิคัลทรีทเมนท์

; การลดขนาดเกรน

; โครงสร้างจุลภาค

; การยืดที่อุณหภูมิสูง

; Titanium Alloys

; Thermomechanical Treatment

; Grain Refinement

; Microstructure

; High Temperature Elongation

Abstract: วิทยานิพนธ์นี้เป็นการศึกษาวิธีการลดขนาดเกรน (grain refinement) ของไทเทเนียมอัลลอยชนิด Ti-6A1-4V โดยกรรมวิธีเทอร์โมเมคคานิคัลทรีทเมนท์ (thermomechanical treatment) เริ่มต้นด้วย การอบสร้างสภาพละลาย (solution treatment) ที่อุณหภูมิ 950 และ 1050 oC เพื่อเปรียบเทียบ ผลของอุณหภูมิการอบสร้างสภาพละลายที่มีต่อโครงสร้างจุลภาค (microstructure) จากนั้นทำให้ เย็นโดยการปล่อยให้เย็นในเตา เย็นในอากาศ และเย็นในน้ำ เพื่อเปรียบเทียบของอัตราการเย็นตัว (cooling rate) ที่มีต่อโครงสร้างจุลภาค จากนั้นทำการรีดร้อน (hot rolling) ที่อุณหภูมิ 850 900 และ 950 oC เพื่อเปรียบเทียบผลของอุณหภูมิการรีดร้อนที่มีต่อโครงสร้างจุลภาค โดยให้ปริมาณการลด ขนาดต่อครั้งการรีดร้อน (reduction per pass) เป็น 16 32 และ 64% (รวม64%) เพื่อเปรียบเทียบ ผลของปริมาณการลดขนาดต่อครั้งของการรีดร้อนที่มีต่อโครงสร้างจุลภาค จากนั้นทำการอบอ่อน (annealing) ที่อุณหภูมิ 700 และ 950 oC เพื่อเปรียบผลของอุณหภูมิการอบอ่อน (annealing temperature) ที่มีต่อโครงสร้างจุลภาค เป็นเวลา 1 2 และ 4 ชั่วโมงเพื่อเปรียบเทียบผลของเวลา การอบอ่อน (annenling time) ที่มีโครงสร้างจุลภาค และทำการทดสอบสมบัติทางกล (mechanical testing) ที่อุณหภูมิห้อง (room temperature) และที่อุณหภูมิสูง (high temperature) เพื่อเปรียบเทียบผล ของโครงสร้างจุลภาคที่มีต่อสมบัติทางกลของ Ti-6A1-4V จากการทดลองพบว่าการอบสร้างสภาพละลายที่อุณหภูมิ 950 oC จะปรากฏอัลฟาสมมาตร (equiaxed alpha) ในขณะที่อุณหภูมิ 1050 oC จะปรากฏอัลฟาแถบ (almellar alpha) เมื่อนำ Ti-6A1-4V ที่ผ่านการอบสร้างสภาพละลายที่อุณหภูมิ 950 oC ไปทำการรีดร้อนพบว่า การรีดร้อนที่อุณหภูมิ 850 900 และ 950 oC โดยให้ปริมาณลดขนาดต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 64 % จะทำให้ขนาดเกรนอัลฟา ละเอียดและสมมาตร (fine and equiaxed alpha grain) เกรนอัลฟาจะมีลักษณะสมมาตรที่สุด ที่อุณหภูมิ 900 oC และมีขนาดเกรนลดลงจาก 20 ไมครอนเหลือ 8 ไมครอน การลดลงของขนาด เกรนอัลฟาเป็นผลจากการเกิดผลึกใหม่แบบไดนามิค (dynamic recystallliztion) ส่วนการรีดร้อน ที่อุณหภูมิ 1050 oC โดยให้ปริมาณการลดขนาดต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 64% จะปรากฏโครงสร้าง วิดแมนสแตทเตน (Widmanstatten) ซึ่งเป็นลักษณะของการเรียนซ้อนกันคล้ายตะกร้าสานของ โครงสร้างอัลผาแถบขนาดเล็ก และเมื่อทำการรีดร้อนที่อุณหภูมิ 950 oC โดยให้ปริมาณการลดขนาด ต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 16 และ 32% พบว่าเกรนอัลฟาจะเกิดลักษณะ โครงสร้างไหล (flow structure) ซึ่งสามารถปรับขนาดโครงสร้างไหลให้ลดลงได้โดยการอบอ่อนที่อุณหภูมิ 950 oC เป็นเวลา 1 2 และ 4 ชั่วโมง เวลาการอบอ่อนที่ทำให้เกรนอัลฟาลดลงใกล้เคียงลักษณะสมมาตรที่สุดคือ 4 ชั่วโมง โดยมีสัดส่วน grain aspect ratio เท่ากับ 1.2 ทั้งนี้การลดลงของขนาดเกรนอัลฟาที่มีลักษณะ โครงสร้างไหลภายหลังการอบอ่อนเป็นผลจากการเกิดผลึกใหม่แบบสแตติก (static recrystallization) ร่วมกับการปรับเกรนกลม (globularization) เมื่อนำ Ti-6A1-4V ที่ผ่านการอบสร้างสภาพละลายที่อุณหภูมิ 1050 oC ไปทำการรีดร้อนพบว่า การรีดร้อนที่อุณหภูมิ 850 900 และ 950 oC โดยให้ปริมาณการลดขนาดต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 64% จะทำให้ขนาดเกรนอัลฟาลดลงและไม่มีรูปร่างแน่นอน (irregular shape) ส่วนการรีดร้อนที่อุณหภูมิ 1050 oC โดยให้ปริมาณการลดขนาดต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 64% จะปรากฏโคโลนี (colony) ของ อัลฟาถูกเบียดอัดอยู่ภายในขอบเกรนเบตาหลัก (bata - prior grain boundary) และเมื่อทำการรีดร้อน ที่อุณหภูมิ 950 oC โดยให้ปริมาณการลดขนาดต่อครั้งการรีดร้อนเป็น 16 และ 32% พบการ เปลี่ยนแปลงเป็นเกรนอัลฟายาว (elongated alpha) เมื่อเปรียบเทียบสมบัติทางกลที่อุณหภูมิปกติของ Ti-6A1-4V ก่อนผ่านกรรมวิธีเทอร์โมเมคคานิคัล- ทรีทเมนท์โดยปรากฏเกรนอัลฟาสมมาตรขนาด 20 ไมตรอนกับ Ti-6A1-4V เมื่อผ่านกรรมวิธี เทอร์โมเมคคานิคัลทรีทเมนท์ซึ่งปรากฏเกรนอัลฟาสมมาตรขนาด 8 ไมครอนพบว่า ความแข็งแรงดึง สูงสุด (ultimate tensile strength) เพิ่มขึ้นจาก 957 เป็น 990 MPa ความแข็งแรงคราก (tensile yield strength) เพิ่มขึ้นจาก 918 เป็น 942 MPa ความแข็งวิกเกอร์ (Vickers hardness) เพิ่มขึ้นจาก 357 เป็น 400 HV และปริมาณการยืด (elongation) เพิ่มขึ้นจาก 12.90 เป็น 8.42% เมื่อเปรียบเทียบการยืด ที่อุณหภูมิสูง (high temperature elongation) ของ Ti-6A1-4V พบว่าโครงสร้างจุลภาคที่ปรากฏ เกรนอัลฟาสมมาตรขนาด 8 ไมครอนจะมีปริมาณการยืดสูงสุด 474% ที่อุณหภูมิ 900 oC และอัตรา ความเครียด (strain rate) -4 5 1- ส่วนโครงสร้างจุลภาคที่ปรากฏเกรนอัลฟาสมมาตรขนาด 20 ไมครอน จะมีปริมาณการยืดเท่ากับ 300% ที่อุณหภูมิและอัตราความเครียดเดียวกัน กรรมวิธีเทอร์โมเมคคานิคัลทรีทเมนท์สามารถลดขนาดเกรนของ Ti-6A1-4V จากอัลฟาสมมาตร ที่มีขนาดเกรนเฉลี่ย 20 ไมครอนเหลือ 8 ไมครอน หรือลดลง 60% ซึ่งขนาดเกรนที่ลดลงจะส่งผลให้ ความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงคราก ความแข็งวิกเกอร์ การยืดที่อุณหภูมิปกติ และยืดที่อุณหภูมิสูง ของ Ti-6A1-4V มีค่าเพิ่มขึ้น

Abstract: This thesis reports a study of grain refinement of two-phase Ti-6Al-4V alloy by thermomechanical treatment, TMT, methods. Starting with comparing the effect of solution treatment temperature (950 and 1050๐C) on microstructure, the effects of cooling rate on microstructures were then investigated by furnace cooling, air cooling and water quenching. Hot rolling were performed at 850, 900 and 950๐C to compare the effect of rolling temperature on microstructure. The effect of reduction percentage during hot rolling 16, 32 and 64% plus air cooling was also examined. The effect of annealing time and temperature on microstructure were investigated by annealing at 700 and 950๐C for 1, 2 and 4 hours. The mechanical testings were conducted at room and elevated temperatures to study the influence of microstructures on mechanical properties before and after TMT. It was found that solution treatment at 950๐C resulted in equiaxed alpha structure and solution treatment at 1050๐C resulted in lamellar alpha structure. After solution treatment at 950๐C and hot rolling at 850, 900 and 950๐C with 64 % reduction per pass, the structure consisted of deformed alpha grains. Hot rolling at 950๐C produced the finest alpha grains from 20 to 8 micron and at 1050 ๐C produced Widmant?tten structure. Grain refinement at the temperature of alpha-beta equilibrium, below tranus temperature is influenced by dynamic recrystallization. However, hot rolling at 950๐C with 16 and 32% reduction per pass (total 64%) produced flow alpha or kinking structure which were refined by annealing at 950๐C with 1,2 and 4 hours. The finest grain was found when annealed for 4 hours with grain aspect ratio is 1.2 because of globularization. The hot rolling of 1050๐C-solution-treated specimens at 850, 900 and 950๐C with 64% reduction per pass resulted in irregular alpha structures. Hot rolling at 1050๐C with 64% reduction per pass produced alpha colony pressed in beta prior grain boundary. Hot rolling at the 950๐C with 16 and 32% produced elongated alpha grains. The room temperature mechanical properties of Ti-6Al-4V after TMT with fine equiaxed (8 micron) grain were slighty higher than the properties before TMT with coarse quiaxed (20 micron) grain. The ultimate tensile strength increased from 957 to 990 MPa, the tensile yield strength increased from 918 to 942 MPa, the Vickers hardness increased from 357 to 400 HV. The elongation was lowered from 12.90 to 8.42 %. The high temperature tests were carried out at 850, 900 and 950๐C with strain rates range of 10-4-10-2 s-1. It was found that the finer-grain specimen exhibited larger elongation than the coarser-grain ones. Maximum elongations at 900๐C and strain rate 10-4 s-1 for fine-grained and coarse-grained were 474 and 300%, respectively. Thermomechanical treatments resulted in grain refinement of Ti-6Al-4V. The equiaxed grain was refined from 20 to 8 micron (60%). Grain refinement resulted in higher tensile properties at both room and high temperatures.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

Address: กรุงเทพมหานคร (Bangkok)

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: ปัญญา ศรีจันทร์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: Panya Srichandr

Role: Advisor

Created: 2548

Modified: 2552-02-03

Issued: 2551-11-05

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9741848358

CallNumber: MT271

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีวัสดุ

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MT271.pdf	12.7 MB	156	2023-02-18 18:23:12
2	MT271ab.pdf	89.79 KB	60	2023-02-18 18:23:22
3	MT271abth.txt	4.53 KB	31	2021-02-06 21:46:45
4	MT271aben.txt	3.33 KB	24	2021-02-06 21:46:52

ใช้เวลา

0.025683 วินาที