Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 2/2020

14.11.2019

Formation of Alpha-Case Layer During Investment Casting of Pure Ti and Ti-6Al-4V Using Comparative XRD and EXAFS Investigation

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 2/2020

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In titanium casting, a reaction byproduct known as alpha-case is a hard and brittle phase layer that exists on the surface of cast objects. This reaction layer may be detrimental to the mechanical properties of cast objects and may complicate the finishing processes. To investigate the formation of the alpha-case layer during the casting of commercially pure titanium (CP-Ti) and Ti-6Al-4V alloy, both metal ingots were cast in spinel-based investments in a controlled environment. The cast samples were metallographically prepared and analyzed for the thicknesses of alpha-case layer depth and the metal matrix. The samples were characterized using light microscopy, Vickers microhardness testing, X-ray diffractometry, and extended X-ray absorption fine structure spectrometry. The alpha-case layer on the CP-Ti cast sample was thicker than that of the Ti-6Al-4V cast sample due to the ability of the α-titanium matrix to uptake oxygen faster, which in turn is attributed to the higher diffusion coefficient of the α-titanium phase. A metastable Ti3O phase was observed as an intermediate reaction product which could be transformed into the alpha-case layer and the α-titanium phase.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat M. Peters, J. Kumpfert, C. H. Ward and C. Leyens: Titanium and Titanium Alloys, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, pp 333–350.CrossRef M. Peters, J. Kumpfert, C. H. Ward and C. Leyens: Titanium and Titanium Alloys, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, pp 333–350.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat D. Eylon, S. Fujishiro, Pamela J. Postans and F. H. Froes: JOM 1984, vol. 36, pp. 55-6CrossRef D. Eylon, S. Fujishiro, Pamela J. Postans and F. H. Froes: JOM 1984, vol. 36, pp. 55-6CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Łukaszewicz A, Smolarczyk P, Szota M, Nabiałek M, Bukowska A (2013) J Achiev Mater Manuf Eng 61:281-288 Łukaszewicz A, Smolarczyk P, Szota M, Nabiałek M, Bukowska A (2013) J Achiev Mater Manuf Eng 61:281-288
5.
Zurück zum Zitat J. Breme, E. Eisenbarth and V. Biehl: Titanium and Titanium Alloys, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, pp 423–51.CrossRef J. Breme, E. Eisenbarth and V. Biehl: Titanium and Titanium Alloys, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005, pp 423–51.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat H. J. Rack and J. I. Qazi: Mater. Sci. Eng. C, 2006, vol. 26, pp. 1269-1277.CrossRef H. J. Rack and J. I. Qazi: Mater. Sci. Eng. C, 2006, vol. 26, pp. 1269-1277.CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat S.S.d. Rocha, F. Nogueira, A.R.F. Pieralini, R.F.R. and G.L. Adabo: Braz Oral Res., 2010, vol. 24, pp. 147–52.CrossRef S.S.d. Rocha, F. Nogueira, A.R.F. Pieralini, R.F.R. and G.L. Adabo: Braz Oral Res., 2010, vol. 24, pp. 147–52.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat T. Papadopoulos, S. S. Zinelis and M. Vardavoulias: J. Mater. Sci., 1999, vol. 34, pp. 3639-3646.CrossRef T. Papadopoulos, S. S. Zinelis and M. Vardavoulias: J. Mater. Sci., 1999, vol. 34, pp. 3639-3646.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat R. C. Atwood, P. D. Lee and R. V. Curtis: Dent Mater., 2005, vol. 21, pp. 178-186.CrossRef R. C. Atwood, P. D. Lee and R. V. Curtis: Dent Mater., 2005, vol. 21, pp. 178-186.CrossRef
11.
12.
Zurück zum Zitat J. Unnam, R. N. Shenoy and R. K. Clark: Oxid. Met., 1986, vol. 26, pp. 231-252.CrossRef J. Unnam, R. N. Shenoy and R. K. Clark: Oxid. Met., 1986, vol. 26, pp. 231-252.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat R. Gaddam, B. Sefer, R. Pederson and M.-L. Antti: Mater. Charact., 2015, vol. 99, pp. 166-174.CrossRef R. Gaddam, B. Sefer, R. Pederson and M.-L. Antti: Mater. Charact., 2015, vol. 99, pp. 166-174.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat H. Guleryuz and H. Cimenoglu: J. Alloys Compd., 2009, vol. 472, pp. 241-246.CrossRef H. Guleryuz and H. Cimenoglu: J. Alloys Compd., 2009, vol. 472, pp. 241-246.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat K. S. Chan, M. Koike, B. W. Johnson and T. Okabe: Metall. Mater. Trans. A, 2008, vol. 39, pp. 171-180.CrossRef K. S. Chan, M. Koike, B. W. Johnson and T. Okabe: Metall. Mater. Trans. A, 2008, vol. 39, pp. 171-180.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat W. J. Boettinger, M. E. Williams, S. R. Coriell, U. R. Kattner and B. A. Mueller: Metall. Mater. Trans. B, 2000, vol. 31, pp. 1419-1427.CrossRef W. J. Boettinger, M. E. Williams, S. R. Coriell, U. R. Kattner and B. A. Mueller: Metall. Mater. Trans. B, 2000, vol. 31, pp. 1419-1427.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat C.-C. Hung, G.-L. Hou, C.-C. Tsai and C.-C. Huang: Dent. Mater., 2004, vol. 20, pp. 846-851.CrossRef C.-C. Hung, G.-L. Hou, C.-C. Tsai and C.-C. Huang: Dent. Mater., 2004, vol. 20, pp. 846-851.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Y. Guilin, L. Nan, L. Yousheng and W. Yining: J. Prosthet. Dent., 2007, vol. 97, pp. 157-164.CrossRef Y. Guilin, L. Nan, L. Yousheng and W. Yining: J. Prosthet. Dent., 2007, vol. 97, pp. 157-164.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat K.-i. Suzuki, K.i Nishikawa and Siro Watakabe: Mater. Tran., JIM, 1997, vol. 38, pp. 54–62.CrossRef K.-i. Suzuki, K.i Nishikawa and Siro Watakabe: Mater. Tran., JIM, 1997, vol. 38, pp. 54–62.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat M.-G. Kim, S. Kim and Y.-J. Kim: Mater. Trans., 2002, vol. 43, pp. 745-750.CrossRef M.-G. Kim, S. Kim and Y.-J. Kim: Mater. Trans., 2002, vol. 43, pp. 745-750.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat L. Seul, B.-J. Choi, J.-I. Youn, and Y.-J. Kim: in Proc. 10th Int. Symp. Liq. Met. Process. Cast., M.J.M. Krane, A. Jardy, R.L. Williamson and J.J. Beaman, eds., Springer, Cham, 2016, pp. 341–45. L. Seul, B.-J. Choi, J.-I. Youn, and Y.-J. Kim: in Proc. 10th Int. Symp. Liq. Met. Process. Cast., M.J.M. Krane, A. Jardy, R.L. Williamson and J.J. Beaman, eds., Springer, Cham, 2016, pp. 341–45.
22.
Zurück zum Zitat P.C.G. Oliveira, G.L. Adabo, R.F. Ribeiro and S.S. Rocha: Dent. Mater., 2006, vol. 22, pp. 1098-1102.CrossRef P.C.G. Oliveira, G.L. Adabo, R.F. Ribeiro and S.S. Rocha: Dent. Mater., 2006, vol. 22, pp. 1098-1102.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat D. Chan, V. Guillory, R. Blackman and K.-h. Chung: J. Prosthet. Dent., 1997, vol. 78, pp. 400-404.CrossRef D. Chan, V. Guillory, R. Blackman and K.-h. Chung: J. Prosthet. Dent., 1997, vol. 78, pp. 400-404.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat A.R.F. Pieralini, F. Nogueira, R.F. Ribeiro and G.L. Adabo: J. Prosthet. Dent., 2012, vol. 108, pp. 51-57.CrossRef A.R.F. Pieralini, F. Nogueira, R.F. Ribeiro and G.L. Adabo: J. Prosthet. Dent., 2012, vol. 108, pp. 51-57.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat B. Ravel and M. Newville: J. Synchrotron Radiat., 2005, vol. 12, pp. 537-541.CrossRef B. Ravel and M. Newville: J. Synchrotron Radiat., 2005, vol. 12, pp. 537-541.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat R. Gaddam, B. Sefer, R. Pederson and M. L. Antti: Mater. Sci. Eng., 2013, vol. 48, p. 012002. R. Gaddam, B. Sefer, R. Pederson and M. L. Antti: Mater. Sci. Eng., 2013, vol. 48, p. 012002.
27.
Zurück zum Zitat H. Kikuchi, M. Onouchi, K. Miyanaga, M. Wakashima, O. Okuno and M. Nishiyama: J. Dent. Mater., 2004, vol. 23, pp. 387-394.CrossRef H. Kikuchi, M. Onouchi, K. Miyanaga, M. Wakashima, O. Okuno and M. Nishiyama: J. Dent. Mater., 2004, vol. 23, pp. 387-394.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat C. Frueh, D. R. Poirier and M. C. Maguire: Metall. Mater. Trans. B, 1997, vol. 28, pp. 919-926.CrossRef C. Frueh, D. R. Poirier and M. C. Maguire: Metall. Mater. Trans. B, 1997, vol. 28, pp. 919-926.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat H H. Bros, M. L. Michel and R. Castanet: J. Therm Anal., 1994, vol. 41, pp. 7-24.CrossRef H H. Bros, M. L. Michel and R. Castanet: J. Therm Anal., 1994, vol. 41, pp. 7-24.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat M. Xu, S.N. Lekakh and V.L. Richards: Int. J. Metalcast, 2016, vol. 10, pp. 329-337.CrossRef M. Xu, S.N. Lekakh and V.L. Richards: Int. J. Metalcast, 2016, vol. 10, pp. 329-337.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat S.S.d. Rocha, G.L. Adabo, G.E.P. Henriques and M.A.d.A. Nóbilo: South Braz. Dent. J., 2006, vol. 17, pp. 126–129.CrossRef S.S.d. Rocha, G.L. Adabo, G.E.P. Henriques and M.A.d.A. Nóbilo: South Braz. Dent. J., 2006, vol. 17, pp. 126–129.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat K.-F. Lin and C.-C. Lin: J. Mater. Sci., 1999, vol. 34, pp. 5899-5906.CrossRef K.-F. Lin and C.-C. Lin: J. Mater. Sci., 1999, vol. 34, pp. 5899-5906.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat M. . Yan, W. Xu, M. S. Dargusch, H. P. Tang, M. Brandt and M. Qian: Powder Metall., 2014, vol. 57, pp. 251-257.CrossRef M. . Yan, W. Xu, M. S. Dargusch, H. P. Tang, M. Brandt and M. Qian: Powder Metall., 2014, vol. 57, pp. 251-257.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat R. Montanari, G. Costanza, M. E. Tata and C. Testani: Mater. Charact., 2008, vol. 59, pp. 334-337.CrossRef R. Montanari, G. Costanza, M. E. Tata and C. Testani: Mater. Charact., 2008, vol. 59, pp. 334-337.CrossRef
35.
36.
Zurück zum Zitat S. Enzo, L. Schiffini, L. Battezzati and G. Cocco: J. Less-Common Met., 1988, vol. 140, pp. 129-137.CrossRef S. Enzo, L. Schiffini, L. Battezzati and G. Cocco: J. Less-Common Met., 1988, vol. 140, pp. 129-137.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat S. Carvin: XAFS for Everyone, CRC Press, New York, 2013. S. Carvin: XAFS for Everyone, CRC Press, New York, 2013.
38.
Zurück zum Zitat H.H. Wu, P. Wisesa and D.R. Trinkle: Phys. Rev. B 2016, vol. 94, p. 014307.CrossRef H.H. Wu, P. Wisesa and D.R. Trinkle: Phys. Rev. B 2016, vol. 94, p. 014307.CrossRef
39.
Metadaten
Titel
Formation of Alpha-Case Layer During Investment Casting of Pure Ti and Ti-6Al-4V Using Comparative XRD and EXAFS Investigation
Publikationsdatum
14.11.2019
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 2/2020
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-019-05541-1

Weitere Artikel der Ausgabe 2/2020

Metallurgical and Materials Transactions A 2/2020 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.