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P. Barriobero Vila:
"Phase transformation kinetics during continuous heating of α+β and metastable β titanium alloys";
Supervisor, Reviewer: G. Requena, D. Fabregue, P.H. Mayrhofer; Institute of Materials Science and Technology - E308, 2015; oral examination: 2015-07-24.

The progress of environmental as well as performance targets that must be guaranteed by the transportation sector is highly conditioned to the availability of materials that can offer structural weight savings and improve engine performance. Titanium alloys are key materials in this regard owing to their superior specific strength with respect to other structural alloys and excellent corrosion resistance up to ~ 500 °C. However, these alloys are still associated with high production costs, and therefore, advances in manufacturing optimization are necessary to further extent their implementation. Since the mechanical properties of titanium alloys are consequence of microstructural-based alloy design controlled by the phase transformation kinetics during heat treating, a correct understanding of these processes is required.
This dissertation focuses in the continuous and univocal study of the phase transformation kinetics during linear heating of α+β and metastable β titanium alloys from room temperature to the β field. An initial bi-modal microstructure is used to analyse the evolution of stable phases, namely α and β for the first group of alloys. On the other hand, decomposition of the β-quenched condition leading to formation of metastable products such as αʺ, ω and βʹ+β is studied for the second group of alloys. The investigations are carried out combining laboratory characterization methods with advanced synchrotron-based techniques including in situ high energy X-ray diffraction and micro X-ray fluorescence. Variations in the phase transformation sequences are presented as a function of heating rate. Furthermore, the continuous evolution of the crystal structure of phases is analysed in terms of the physical mechanisms involved during phase transformation.

Das Erreichen ökologischer und leistungsoptimierter Ziele im Transportsektor ist zum größten Teil abhängig von der Verfügbarkeit von Materialien, die für strukturelle Gewichtsersparnisse und verbesserte Motorenleistungen genutzt werden können. Titanlegierungen sind in dieser Hinsicht Schlüsselmaterialien aufgrund hoher spezifischer Festigkeiten im Vergleich zu anderen strukturellen Legierungen und ihrer hervorragenden Korrosionsresistenz bis zu ~ 500 °C. Diese Legierungen werden allerdings immer noch mit hohen Produktions- und Verarbeitungskosten assoziiert. Daher sind weitere Optimierung der Herstellungsverfahren notwendig, um das Einsatzgebiet dieser Legierungen ausweiten zu können. Die mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen werden von mikrostrukturellem Legierungsaufbau, welcher von der Kinetik der Phasenumwandlungen während angewandter Wärmebehandlungen abhängig ist, bestimmt. Dadurch ist das restlose Verständnis der zugrundliegenden Prozesse notwendig, um den optimierten und effizienten Einsatz dieser Schlüsselmaterialien zu gewährleisten.
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der kontinuierlichen Analyse und der eindeutigen Bestimmung der Kinetik der Phasenumwandlung während linearer Aufheizung von α+β und metastabilen β Titanlegierungen, die von Raumtemperatur bis zum β Bereich aufgeheizt wurden. Für die erste Legierungsgruppe wird von einer bi-modalen Mikrostruktur ausgegangen, um die Entwicklung der stabilen Phasen α und β zu analysieren. In der zweiten Legierungsgruppe wird die Zersetzung eines β abgeschreckten Zustandes untersucht, welche zur Bildung von metastabilen Produkten wie αʺ, ω und βʹ+β führt. Die Untersuchungen werden mit der Kombination von Labor- und fortgeschrittenen Synchrotrontechniken, wie der hochenergetischen in situ Röntenbeugung und Mikro-Röntgenfluoreszenz, durchgeführt. Variationen in der Sequenz von Phasenumwandlungen werden als eine Funktion der Aufheizrate dargestellt. Darüber hinaus wird die kontinuierliche Entwicklung der Kristallstruktur der Phasen während Umwandlungsprozessen im Hinblick auf die physikalischen Mechanismen analysiert.

Titanium alloys, Phase transformation kinetics, High-energy X-ray diffraction, Micro X-ray fluorescence, Metastable phases, Element partitioning

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_240261.pdf