Microstructure, plasticity and ductility of a TNM + alloy densified by Spark Plasma Sintering - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Metals Year : 2022

Microstructure, plasticity and ductility of a TNM + alloy densified by Spark Plasma Sintering

Microstructure, plasticité et ductilité d'un alliage TNM+ densifié par frittage SPS

Abstract

This work presents a study of the microstructure and mechanical properties of a TNM+ alloy (Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B-0.3C-0.3Si, in at.%) densified by Spark Plasma Sintering (SPS), in comparison to the as-SPSed TNM alloy, which contains neither carbon nor silicon. Tensile tests at room temperature and 800 °C, as well as creep tests at 800 °C and 200 MPa, were performed. The microstructures and the fracture surfaces of deformed samples were studied by scanning and transmission electron microscopies, as well as by X-ray diffraction. The deformation mechanisms were investigated by means of in situ straining experiments and post-mortem analyses of deformed samples, both performed by transmission electron microscopy. Contrary to the TNM alloy, the as-SPSed microstructure of the TNM+ alloy does not contain β/βo phase due to the incorporation of carbon. At room temperature, the TNM+ alloy exhibits a yield stress of 520 MPa but a poor ductility of less than 0.1% of plastic strain. The incorporation of carbon and silicon leads to an increase in the creep resistance of the alloy at 800 °C. Despite the fact that iron inclusions are responsible for the premature failure of some samples during tensile tests, the TNM+ alloy is found to be able to deform plastically at room temperature by the glide of ordinary dislocations and by twinning.
Ce travail présente une étude de la microstructure et des propriétés mécaniques d'un alliage TNM+ (Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B-0.3C-0.3Si, en at.%) densifié par Spark Plasma Sintering (SPS), en comparaison avec l'alliage TNM brut de SPS qui ne contient ni carbone ni silicium. Des essais de traction à température ambiante et 800°C ainsi que des essais de fluage à 800°C et 200 MPa ont été réalisés. Les microstructures et les surfaces de rupture des échantillons déformés ont été étudiées par microscopie électronique à balayage et à transmission, ainsi que par diffraction des rayons X. Les mécanismes de déformation ont été étudiés au moyen d'expériences de déformation in situ et d'analyses post-mortem d'échantillons déformés, toutes deux réalisées par microscopie électronique à transmission. Contrairement à l'alliage TNM, la microstructure brute de SPS de l'alliage TNM+ ne contient pas de phase bêta/bêta0 en raison de l'incorporation de carbone. Malgré le fait que les inclusions de fer soient responsables de la rupture prématurée de certains échantillons lors des essais de traction, l'alliage TNM+ est capable de se déformer plastiquement à température ambiante. L'incorporation de carbone et de silicium conduit à une augmentation de la résistance au fluage de l'alliage à 800°C.
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hal-03805151 , version 1 (07-10-2022)
hal-03805151 , version 2 (05-12-2022)

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Cite

Michael Musi, Christophe Deshayes, Guy Molénat, Louise Toualbi, Benjamin Galy, et al.. Microstructure, plasticity and ductility of a TNM + alloy densified by Spark Plasma Sintering. Metals, 2022, 12 (11), pp.1915. ⟨10.3390/met12111915⟩. ⟨hal-03805151v2⟩
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