Oxide-Scale and α-Casing Characterization in Ti6Al4V Alloy Oxidised in Oxygen Gas
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M. N. Mungole
Abstract
Characterization of oxide scale and α-casing in Ti6Al4V titanium alloy oxidized at 1050, 1150, 1250 and 1340 K for 2, 4, 6, 8 and 12 h in a dynamic oxygen gas atmosphere has been analyzed. The oxide scale exhibited a spalling tendency. Its thickness systematically increased with the temperature and the duration of the oxidation. At a later stage the scale exhibited a catastrophic growth due to the increased porosity. The oxygen stabilized α-phase and its volume fraction as well as its hardness decreased with the distance in the metal matrix (α-casing). Estimated oxygen diffusion coefficients based on the hardness profiles across α-casing were 7.0 × 10−14, 8.5 × 10−14, and 1.2 × 10−13, 1.8 × 10−13 m2/s at 1050, 1150, 1250, and 1340 K, respectively. Similarly, the overall activation energy for diffusion of oxygen in the alloy was 105 kJ mol−1. EDS analysis across α-casing in the internal oxidation zone revealed sharp concentration wells for Ti and Al. Titanium concentration decreased and that of aluminum increased in these wells.
Kurzfassung
Analysiert wurde die Eigenschaft der Oxid-Oberflächenschicht und der α—Umhüllung einer in einer dynamischen Sauerstoffgasatmosphäre bei 1050, 1150, 1250 und 1340 K bei 2, 4, 6, 8 und 12 Stunden Prozesszeit oxidierten Ti6Al4V-Legierung. Die Oxid-Oberflächenschicht zeigte eine Tendenz zum Abplatzen. Ihre Dicke nahm systematisch mit der Temperatur und der Oxidationsdauer zu. In einem späteren Stadium zeigte die Oxid-Oberflächenschicht ein katastrophales Wachstum aufgrund erhöhter Porosität. Die durch Sauerstoff stabilisierte α—Phase und deren Volumenanteil wie auch ihre Härte verringerten sich mit der Entfernung in der Metallmatrix (α-Umhüllung). Die basierend auf den Härteprofilen abgeschätzten Sauerstoffdiffusionskoeffizienten betrugen 7.0 × 10−14, 8.5 × 10−14 und 1.2 × 10−13, 1.8 × 10−13 m2/s bei 1050, 1150, 1250 bzw. 1340 K. Ähnlich dazu betrug die gesamte Aktivierungsenergie für die Sauerstoffdiffusion in der Legierung 105 kJ mol−1. Die EDS-Analyse über die α—Umhüllung in der inneren Oxidationszone ergab scharfe Konzentrationsinseln für Ti und Al. Die Titankonzentration nahm ab und die Aluminiumkonzentration in diesen Inseln nahm zu.
Literatur/References
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