Microstructual evolution in Ti-185 alloy prepared using electrostatic levitation and conventional casting techniques

材料科学 过冷 合金 微观结构 复辉 压痕硬度 铸造 冶金 枝晶(数学) 悬浮 相(物质) 复合材料 热力学 共晶体系 机械工程 磁铁 工程类 几何学 化学 有机化学 物理 数学
作者
Jianzhong Wang,Yongxia Fan,Qingbo Ao,Jun Ma,Ying Ruan,Jian Wang,Yan Lin
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier BV]
卷期号:30: 532-541
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2024.03.097
摘要

Ti and its alloys have been widely applied in various fields of national economy due to their excellent combinations of specific mechanical properties and outstanding corrosion behavior. Among Ti alloys, Ti–1Al–8V–5Fe (Ti-185) alloy is a metastable and low-cost β-Ti alloy, and owns extremely outstanding mechanical performance. In the paper, to overcome the issue of β flecks associated with Fe segregation in conventional ingot metallurgy process, Ti-185 alloy was prepared by electrostatic levitation (ESL) technique at various supercoolings, and its solidification behavior and dendrite growth were systematically analyzed. Moreover, the thermophysical parameters of liquid Ti-185 alloy were tested, and the microstructure, hardness and compressive property were compared to that of cast ingot. Results shown that the maximum supercooling of 311 K in the liquid Ti-185 alloy can be achieved, and a noticeable recalescence phenomenon appears during ESL process. The density and the ratio of specific heat to emissivity of liquid Ti-185 alloy increases linearly with temperature decreasing. Once the crystal nucleus is formed, the nonfacted interface will advance promptly. Moreover, the dendritic growth velocity (v) exhibits an exponential relationship with the supercooling (ΔT), and can be depicted as the equation of v = 1.59·ΔT1.65 mm s−1. Additionally, at a supercooling of 229 K or above, single crystal can be formed using ESL technique. Furthermore, the microhardness, elastic modulus and compressive strength of as-levitated Ti-185 alloy are hardly affected by the supercooling, but the plasticity of as-levitated sample is obviously higher than that of as-cast one.

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