Mechanical Behavior and Microstructural Evolution in Metastable β Ti-Mo Based Alloys with TRIP and TWIP Effects

par Jinyong Zhang

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Frédéric Prima.

Le jury était composé de Thierry Gloriant, Philippe Vermaut, Yvon Millet, Fan Sun, Eric Fleury, Yannick Champion.

  • Titre traduit

    Comportement mécanique et évolution microstructurale d'alliages de titane B métastables présentant des effets TRIP et TWIP


  • Résumé

    Dans ce travail, basé sur une approche semi empirique de conception d’alliages de titane à propriétés mécaniques contrôlées, un alliage modèle binaire Ti-12Mo (% massique) et des alliages ternaires sur la base du système Ti-Mo ont été élaborés, combinant des effets TRIP et TWIP lors de la déformation. (TRIP – Transformation Induced Plasticity : plasticité induite par transformation ; TWIP – Twinning Induced Plasticity : plasticité induite par maclage).Les résultats des essais mécaniques montrent que ces alliages présentent une haute résistance mécanique (1000-1200 MPa), une grande plasticité (entre 0,3 et 0,4) et un écrouissage amélioré grâce aux effets simultanés TRIP/TWIP. Différentes techniques de caractérisation telles que la diffraction de rayons X conventionnelle (XRD), la diffraction in-situ sur Synchrotron (SXRD), la diffraction d’électrons rétro-diffusés (EBSD), les mesures de résistivité électrique (ERM), la microscopie électronique en transmission (TEM) et les mesures et traitements automatiques des orientations cristallographiques associées (ACOM/TEM), ont été mis en œuvre pour étudier les mécanismes de déformation, les transformations de phases et l’évolution microstructurale.Différents mécanismes de déformation, tels que le maclage mécanique {332}<113> et la transformation martensitique induite sous contrainte α˝ ont été identifiés à l’issue des essais mécaniques, permettant d’expliquer l’excellente combinaison de propriétés mécaniques obtenue. L’optimisation microstructurale de ces alliages a été conduite à partir de recuits basses températures dans le domaine de précipitation de la phase ω avec pour objectif d’améliorer les propriétés mécaniques afin de contrôler la formation de la phase ω sans modifier de manière excessive la composition chimique de la matrice β, et conserver les effets combinés TRIP/TWIP.


  • Résumé

    In this work, based on combination of the ‘d-electron alloy design method’ and controlling of electron/atom ratio (e/a), a model of binary Ti-12Mo (wt. %) and ternary Ti-Mo based alloys were designed, induced combined TRIP and TWIP effects (TRIP for Transformation Induced Plasticity and TWIP for Twinning Induced Plasticity). The tensile results show that so-designed alloys exhibit true stress-strain values at uniform plastic deformation, of about 1000-1200MPa and between 0.3 and 0.4 of strain, with a large strain-hardening rate. Several characterization techniques, such as conventional X-ray diffraction (XRD), In-situ Synchrotron X-ray diffraction (SXRD), electron backscatter diffraction (EBSD), electrical resistivity measurements (ERM), transmission electron microscopy (TEM) and automatic crystal orientation measurements (ACOM) TEM, were carried out to to investigate the deformation mechanisms and microstructure evolution sequence. Various deformation mechanisms, i.e. {332}<113> mechanical twinning, deformation induced ω phase and stress-induced α’’ martensite, were identified after mechanical testing, resulting in a combination of high strength, large ductility and improved strain-hardening rate. Furthermore, low temperature aging (LTA) treatments were performed on the Ti-12Mo alloy to improve the mechanical property through controlling the ω phase transformation without excessive modification of β matrix chemical composition, keeping the possibility for combined TRIP and TWIP effects to occur. The influence of LTA treatment on the mechanical behavior and microstructural evolution of Ti-12Mo alloy was discussed in detail.


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