Processing of titanium niobium shape memory alloys by hot pressing

Abstract

GeçmiĢten günümüze Ti-Nb alaĢımlarının üretimi için genellikle döküm yöntemleri (vakum indüksiyon ergitme veya vakum ark ergitme) kullanılmıĢtır. Saf Ti ve Nb'un erime sıcaklıkları son derece yüksek olduğundan (1668 ve 2477 °C sırasıyla), döküm yoluyla Ti-Nb alaĢımlarını üretmek ekonomik değildir. Toz metalurjisi yöntemi ile bu alaĢımları çok daha düĢük sıcaklıklarda (Ti erime sıcaklığından daha az) ve tamamen katı halde ekonomik olarak üretmek mümkündür. Bu çalıĢmada Ti74Nb26 alaĢımları, ilk kez sıcak presleme ve yüksek sıcaklık sinterlemesinin kombinasyonu ile saf Ti ve saf Nb tozları kullanılarak üretilmiĢtir. Üretim sürecinde uygulanan iĢlem sıcaklığı ve zamanının yoğunluk, mikroyapı ve mekanik davranıĢ üzerindeki etkileri araĢtırılmıĢtır. Yoğunluk ölçümleri 800 °C'de yapılan sıcak presleme iĢleminin tam yoğunluğu sağladığını göstermiĢtir. XRD ve SEM incelemeleri, sinterleme süresinin artmasıyla birlikte β fazı oluĢumunun arttığını ortaya koymuĢtur. Ana faz β'ya ilaveten, mikroyapıda az miktarda α fazı ve çok az miktarda saf Nb gözlenmiĢtir. Mekanik özellikler tek eksenli basma ve Mikro Vickers sertlik testleri ile belirlenmiĢtir. Mekanik test sonuçları 1200 °C'de 4 saatlik sinterlemenin en yüksek sertlik (336 HV), elastik modül (44 GPa), akma mukavemeti (894 MPa) ve basma mukavemeti (1178 MPa) değerlerini sağladığını göstermiĢtir.

For the production of Ti-Nb alloys, generally the casting methods (vacuum induction melting or vacuum arc remelting) have been used up to now. Since the melting temperatures of pure Ti and Nb are extremely high (1668 and 2477°C, respectively), it is not economical to produce Ti-Nb alloys by casting. In the case of powder metallurgy, it is possible to produce these alloys economically at much lower temperatures (less than melting temperature of Ti) completely in solid state. In the present study, Ti74Nb26 alloys were produced using pure Ti and pure Nb powders by combination of hot pressing and high temperature sintering for the first time. The influence of processing temperature and time on density, microstructure, and mechanical behavior were investigated. Density measurements showed that hot pressing at 800 °C provides full density. XRD and SEM investigations revealed that amount of β phase formed increases with increasing sintering time. In addition to main phase β, little amount of α phase and a very small amount of pure Nb was observed in the microstructure. Mechanical properties were measured by means of uniaxial compression and Micro Vickers indentation tests. The results indicated that 4hr of sintering at 1200 °C exhibited the highest value of hardness (336 HV), elastic modulus (44 GPa), yield strength (894 MPa), and compression strength (1178 MPa).