Formation the τ-phase during the deformation in a quenching biocompatible Ti–26 at % Nb alloy. effect on properties
- Authors: Korenev A.A.1, Demakov S.L.1, Karabanalov M.S.1, Illarionov A.G.1,2
-
Affiliations:
- Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin
- Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 125, No 10 (2024)
- Pages: 1302-1311
- Section: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
- URL: https://innoscience.ru/0015-3230/article/view/681902
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323024100118
- EDN: https://elibrary.ru/JEXWHK
- ID: 681902
Cite item
Abstract
In situ X-ray diffraction studies of a hardened Ti–26 at % Nb alloy with an initial single-phase β structure sublected to tension allows studying the processes occurring upon application of deformation and correlating them to three intervals of strain values. The first range of values (up to 0.7%) is the region of elastic deformation of the bcc lattice of the β titanium solid solution. In the second interval (0.7–1.4%), the occurrence of the strain-induced β → τ transformation is recorded, and, as the strain increases to 1.4%, an increase in the c/a parameter of this lattice is observed. In the third strain range (1.4–2.2%), plastic deformation of the β and τ phases occurs. The resulting τ phase after the test remains quite stable. It is found that after tensile tests, the Young modulus of the hardened Ti–6Nb alloy decreases from 58 to 52–54 GPa, and the microhardness increases from 200 to 240 HV.
Full Text

About the authors
A. A. Korenev
Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620002
S. L. Demakov
Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620002
M. S. Karabanalov
Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620002
A. G. Illarionov
Ural Federal University named after the First President of Russia B. N. Yeltsin; Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620002; Ekaterinburg, 620108
References
- Miyazaki S., Kim H.Y., Hosoda H. Development and characterization of Ni-free Ti-base shape memory and superelastic alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 438–440. P. 18–24.
- Sidhu S.S., Singh H., Abdel-Hady M. A review on alloy design, biological response, and strengthening of β-titanium alloys as biomaterials // Mater. Sci. Eng. C. 2021. V. 121. P. 111661.
- Demakov S., Kylosova I., Stepanov S., Bönisch M. A general model for the crystal structure of orthorhombic martensite in Ti alloys // Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials. 2021. Т. 77. № 2. С. 749–762.
- Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. 304 с.
- Weng W., Biesiekierski A., Li Y., Wen C. Effects of selected metallic and interstitial elements on the microstructure and mechanical properties of beta titanium alloys for orthopedic applications // Materialia. 2019. V. 6. P. 100323.
- Kim H.Y., Fu J., Tobe H., Kim J.I., Miyazaki S. Crystal structure, transformation strain, and superelastic property of Ti–Nb–Zr and Ti–Nb–Ta alloys // Shap. Mem. Superelasticity. 2015. V. 1. P. 107–116.
- Kim H.Y., Kim J.I., Inamura T., Hosoda H., Myazaki S. Effect of thermo-mechanical treatment on mechanical properties and shape memory behavior of Ti–(26–28) at.% Nb alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 438–440. P. 839–843.
- Кадыкова Г.Н., Гадзоева М.М., Обходова Т.В. Влияние холодной деформации на фазовые превращения в титан-ниобиевых сплавах // Металлы. 1974. № 3. С. 165–172.
- Лясоцкий И.В., Кадыкова Г.Н., Тяпкин Ю.Д. Структура твердых растворов сплавов на основе титана с ОЦК решеткой и образование тетрагональной фазы при холодной деформации // ФММ. 1978. Т. 46. № 1. С. 142–150.
- Кадыкова Г.Н., Гадзоева М.М. Влияние циркония на фазовые превращения в сплавах Ti–Nb // Металлы. 1975. № 2. С. 198–204.
- Илларионов А.Г., Нарыгина И.В., Карабаналов М.С., Демаков С.Л., Попов А.А., Елкина О.А. Структурные и фазовые превращения в титановом сплаве переходного класса при деформационном воздействии // ФММ. 2010. Т. 110. № 3. С. 295–304.
- Львова Е.А., Черемных В.Г. Стадийность мартенситного превращения, индуцированного пластической деформацией, в титановых сплавах // ФММ. 1987. Т. 63. № 3. С. 525–533.
- Мальцев В.М. Влияние вида деформации на распад метастабильной β-фазы в сплаве Вт16 // ФММ. 1976. Т. 41. № 6. С. 1225–1231.
- Tahara M., Kim H.Y., Hosoda H., Miyazaki S. Cyclic deformation behavior of a Ti-26 at.% Nb alloy // Acta Mater. 2009. V. 57. P. 2461–2469.
- Tahara M., Kim H.Y., Inamura T., Hosoda H., Miyazaki S. Lattice modulation and superelasticity in oxygen-added β-Ti alloys // Acta Mater. 2011. V. 59. P. 6208–6218.
- Castany P., Ramarolahy A., Prima F., Laheurte P., Curfs C., Gloriant T. In situ synchrotron X-ray diffraction study of the martensitic transformation in superelastic Ti-24Nb-0.5N and Ti-24Nb-0.5O alloys // Acta Mater. 2015. V. 88. P. 102–111.
- Sheremetyev V., Dubinskiy S., Kudryashova A., Prokoshkin S., Brailovski V. In situ XRD study of stress- and cooling-induced martensitic transformations in ultrafine- and nano-grained superelastic Ti-18Zr-14Nb alloy // J. Alloys Compounds. 2022. V. 902. P. 163704.
- Niinomy M., Akahori T., Nakai M. In situ X-ray analysis of mechanism of nonlinear super elastic behavior of Ti–Nb–Ta–Zr system beta-type titanium alloy for biomedical applications // Mater. Sci. Eng. C. 2008. V. 28. P. 406–413.
- Панова Т.В., Блинов В.И. Определение индексов отражающихся плоскостей: Описание лабораторной работы по курсу “Рентгеноструктурный анализ”. Омск: Омск. гос. ун-т, 2004. 20 с.
- Коренев А.А., Илларионов А.Г. Расчетные и экспериментальные упругие свойства закаленных биосовместимых сплавов титана систем Ti–Nb, Ti–Nb–Zr, Ti–Nb–Zr–Sn, Ti–Nb–Zr–Sn–Ta // ФММ. 2022. Т. 123. № 11. С. 1–7.
- Коренев А.А., Илларионов А.Г. Влияние холодной деформации на структуру, текстуру, упругие и микродюрометрические свойства биосовместимых бета-титановых сплавов на базе системы Ti–Nb–Zr // ФММ. 2023. Т. 124. № 6. С. 492–499.
- Shinohara Y., Matsumoto Y., Tahara M., Hosoda H., Inamura T. Development of 〈001〉-fiber texture in cold-groove-rolled Ti–Mo–Al–Zr biomedical alloy // Materialia. 2018. V. 1. P. 52–61.
- Jiang B., Wang Q., Wen D., Xu W., Chen G. Dong C., Sun L., Liaw P.K. Effects of Nb and Zr on structural stabilities of Ti–Mo–Sn-based alloys with low modulus // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 687. P. 1–7.
- Гречников Ф.В. Теория пластического деформирования металлов: Учебник / Ф.В. Гренчников, В.Г. Каргин. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. 448 с.
- Jiang B., Wang Q., Li X., Dong C., Xu F., He H., Sun L. Structural stability of the metastable β-[(Mo0.5Sn0.5)-(Ti13Zr1)]Nb1 alloy with low Young’s modulus at different states // Metal. Mater. Trans. A. 2017. V. 48A. P. 3912–3919.
- Yang Y., Zhang B., Meng Z., Qu L., Wang H., Cao S., Hu J., Chen H. Wu S., Ping D., Li G., Zhang L.-C., Yang R., Huang A. {332} < 113 > Twinning transfer behavior and its effect on the twin shape in a beta-type Ti-23.1Nb-2.0Zr-1.0O alloy // J. Mater. Sci. Techn. 2021. V. 91. P. 58–66.
- Hou F.Q., Li S.J., Hao Y.L., Yang R. Nonlinear elastic deformation behavior of Ti-30Nb-12Zr alloys // Scripta Mater. 2010. V. 63. P. 54–57.
- Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. Учебник для вузов 3-е изд., перераб. и доп. М.: МИСИС, 1998. 400 с.
- Муслов С.А. Упругие свойства металлов и сплавов накануне мартенситных превращений // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. Т. 80. № 2. С. 13–19.
- Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology Pharr // J. Mater. Res. 2004. V. 19. № 1. P. 3–20.
Supplementary files
