Temperature dependence of deformation and fracture in a beta titanium alloy of Ti-22V-4Al

ベータ型チタン合金Ti-22V-4Alの変形と破壊の温度依存性

矢野 伶*; 田中 將己*; 山崎 重人*; 森川 龍哉*; 都留 智仁   

Yano, Rei*; Tanaka, Masaki*; Yamasaki, Shigeto*; Morikawa, Tatsuya*; Tsuru, Tomohito

チタン合金の衝撃吸収エネルギー、降伏応力、有効せん断応力、活性化体積、活性化エンタルピーの温度依存性を明らかにするため、77Kから450Kの間で衝撃試験と引張試験を行った。衝撃吸収エネルギーは試験温度の低下とともに減少したが、この合金はbcc構造であるにもかかわらず低温脆化は起こらなかった。引張試験では、約120Kで加工硬化率と降伏応力の温度依存性の両方が変化した。これは、この温度での塑性変形の背後にあるメカニズムの変化を示唆している。転位滑動の活性化エンタルピーの温度依存性から、150Kから200Kまではらせん転位のダブルキンク核生成が転位滑動の支配的なメカニズムであり、200K以上では転位と溶質原子との相互作用が転位滑動の支配的なメカニズムであることが示唆された。120K以下で試験した応力ひずみ曲線には超弾性が現れ、降伏は120K以下の変態誘起塑性に支配されていることが示唆される。

Impact tests and tensile tests were conducted between 77K and 450K in order to elucidate the temperature dependence of absorbed-impact energy, yield stress, effective shear stress, activation volume, and activation enthalpy. The impact-absorbed energy decreased with decreasing test temperature, however, this alloy did not undergo low-temperature embrittlement although it has a bcc structure. Tensile tests showed changes in both the work-hardening rate and the temperature dependence of yield stress at approximately 120 K. This suggests a change in the mechanism behind the plastic deformation at the temperature. The temperature dependence of the activation enthalpy for dislocation glide suggests that double-kink nucleation of a screw dislocation is the dominant mechanism for the dislocation glide from 150K to 200 K, while the interaction between a dislocation and solute atoms dominantly controls the dislocation glide above 200 K. Superelasticity appears in stress-strain curves tested below 120 K, suggesting that the yielding is governed by transformation-induced plasticity below 120 K. The enhanced toughness at low temperatures in these alloys is discussed from the viewpoint of dislocation shielding theory.