Elsevier

Acta Metallurgica

Volume 34, Issue 10, October 1986, Pages 1963-1973
Acta Metallurgica

“Black Plate” Formation in TiX alloys

https://doi.org/10.1016/0001-6160(86)90255-5Get rights and content

Abstract

Typically of many TiX systems, two different types of proeutectoid α plate are observed in a Ti-6.6 at.% Cr alloy, Rather ill-formed normal α plates appearing at higher reaction temperatures are increasingly replaced by slender, almost perfectly formed black plates below a characteristic temperature. Lengthening kinetics of black plates are about an order of magnitude more rapid than those of normal α. Both varieties, however, are h.c.p. and obey the Burgers' orientation relationship with respect to the β matrix, but black plates maintain a near-{110}β, habit in contrast to a near-{111}β habit associated with normal α plates. A model based on the thermodynamics of the β phase is presented to explain the distinctions in kinetics, morphology and crystallography between the two types of α. Accordingly, as a consequence of the doubly inflected free energy-composition curve associated with the β phase, normal α precipitation occurs when the a phase equilibrates with a Ti-rich β phase while black plates form at temperatures where the α phase can maintain equilibrium with the Cr-rich β phase.

Résumé

Comme dans de nombreux systèmes TiX, on observe deux types différents de plaquettes proeutectoïdes α dans un alliage Ti-6,6 at.% Cr. Les plaquettes normales α plutôt mal formées qui apparaissent aux températures de réaction élevées sont remplacées progressivement par des plaquettes noires et minces formées de manière presque parfaite, au-dessous d'une température caractéristique. La cinétique d'allongement des plaquettes noires est plus rapide d'environ un ordre de grandeur que celle de la phase α normale. Cependant, les deux espèces sont h.c. et présentent la relation d'orientation de Burgers par rapport à la matrice, mais les plaquettes noires présentent un accolement proche de {110}β, contrairement au plan d'accolement proche de {111}β associé aux plaquettes α normales. Nous présentons un modèle reposant sur la thermodynamique de la phase β pour expliquer la différence de cinétique, de morphologie et de cristallographie entre les deux types de phases α. Selon ce modèle et par suite de la double inflexion de la courbe énergie libre-composition associée à la phase β, la précipitation α normale se produit lorsque la phase α est en équilibre avec une phase β riche en titane, alors que les plaquettes noires se forment à des températures où la phase α ne peut maintenir l'équilibre qu'avec une phase β riche en chrome.

Zusammenfassung

Wie für viele Systeme TiX typisch, werden auch in der Legierung Ti-6,6 At.- % Cr zwei unterschiedliche proeutektoide α-Platten beobachtet. Ziemlich zufällig geformte normale α-Platten treten bei höheren Reaktionstemperaturen auf und werden immer mehr ersetzt durch schlanke, fast perfect ausgebildete schwarze Platten, wenn eine charakteristische Temperatur unterschritten wird. Die Kinetik der Verlängerung der schwarzen Platten ist etwa eine Gröβenordnung schneller als die der normalen α-Platten. Beide Abarten haben jedoch hexagonal dichtest gepacktes gitter und folgen der Orientierungsbeziehung von Burgers im Hinblick auf die β-Matrix. Allerdings behalten die schwarzen Platter eine Habitebene in der Nähe von {110}β bei, die normalen α-Platten dagegen liegen in der Nähe von {111}β). Die Unterschiede zwischen den beiden α-Typen in Kinetik, Morphologie und Kristallografie werden mit einem Modell auf der Basis der Thermodynamik der β-Phase erklärt. Als eine Folge der zweifach gebogenen Kurve zwischen freier Energie und Zusammensetzung der β-Phase bildet sich die normale α-Ausscheidung, wenn die α-Platte mit einer Ti-reichen β-phase im Gleichgewicht steht; die schwarzen Platten bilden sich bei Temperaturen, bei denen die α-Phase nur mit der Cr-reichen β-Phase im Gleichgewicht bleiben kann.

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