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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter November 30, 2021

Correlation Between Microstructure and Creep Behavior of the High-Temperature Ti Alloy IMI 834

Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur und dem Kriechverhalten der Hochtemperatur-Titanlegierung IMI 834
Christoph Andres, Albrecht Gysler and Gerd Lütjering

Abstract

The creep behavior of the near α Ti alloy IMI 834 was investigated in the temperature regime around 600 °C, comparing a fully lamellar and two bi-modal microstructures consisting of 15 and 40 vol.% equiaxed primary α phase in a lamellar matrix of transformed β phase. The width and length of the α lamellae of all three microstructures was varied by changing the rate of cooling from the recrystallization temperature. The width of the α lamellae decreased continuously with increasing cooling rate. The creep resistance exhibited the generally observed dependency to increase slightly with increasing cooling rate, to pass over a maximum and then to decrease drastically. This cooling rate dependent creep resistance is tentatively thought to be controlled by two competing mechanisms, an increasing amount of deformation strengthening as a result of the continuously decreasing interface distance and an increasing rate of recovery of dislocations at interfaces as a result of the drastically increasing density of interfaces which depends in a first approximation on the reciprocal interface distance. The observed lower creep resistance of the bi-modal as compared to the fully lamellar structure is thought to result from the alloy element partitioning effect reducing the strength of the lamellar matrix of the bi-modal in comparison to the fully lamellar microstructure.

Abstract

Das Kriechverhalten der Hochtemperatur-Titanlegierung IMI 834 wurde im Temperaturbereich um 600 °C untersucht. Dabei wurden eine rein lamellare und zwei bimodale Mikrostrukturen miteinander verglichen, wobei die bi-modalen Strukturen aus 15 bzw. 40 Vol.-% der gleichachsigen primären α-Phase in einer lamellaren, durch Umwandlung der β-Phase bei kontinuierlicher Abkühlung erzeugten α-Matrix bestanden. Die Breiten und Längen der α-Lamellen wurden bei allen drei Mikrostrukturen durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten von den jeweiligen Rekristallisationstemperaturen variiert. Die Breite der α-Lamellen nahm dabei kontinuierlich mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit ab. Der Kriechwiderstand aller drei Gefüge stieg mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit zunächst an, durchlief ein Maximum bei mittleren Abkühlgeschwindigkeiten und fiel danach drastisch ab. Dieser bei vielen Titanlegierungen beobachtete Verlauf des Kriechwiderstandes als Funktion der Abkühlgeschwindigkeit wird in erster Näherung als Folge von zwei gegenläufigen Mechanismen angesehen: einer Zunahme der Verfestigung infolge der abnehmenden Lamellenbreiten, sowie einer zunehmenden Entfestigung durch Erholungsvorgänge infolge von Versetzungseinbau in Grenzflächen, wobei die Dichte der Grenzflächen umgekehrt proportional zur Lamellenbreite zunimmt. Der allgemein beobachtete geringere Kriechwiderstand bimodaler im Vergleich zu rein lamellaren Gefügen wird als Folge der unterschiedlichen Aufteilung der Legierungs-elemente bei den bi-modalen Gefügen während der Rekristallisationsglühung erklärt, wobei die für die Kriechverformung maßgebliche lamellare Matrix des bi-modalen Gefüges an Legierungselementen verarmt.


Christoph Andres, Albrecht Gysler, Gerd Lütjering Technische Universität Hamburg-Harburg Arbeitsbereich Metallkunde u. Werkstofftechnik Eißendorfer Str. 42, D-21073 Hamburg

Literature

1 Neal, D. F.: in: P. Lacombe, R. Tricot, G. Beranger (eds.): Sixth World Conference on Titanium, Les Editions de Physique, Les Ulis (1988) 253–258.Search in Google Scholar

2 Blenkinsop, P. A.; Neal, D. F.; Goosey, R. E.: Titanium and Titanium Alloys, Plenum Press, New York (1982) 2003 –2014.10.1007/978-1-4757-1758-7_36Search in Google Scholar

3 Cho, W.; Jones, J. W.; Allison, J. E.; Donlon, W. T.: as Ref. [1] 187–192.Search in Google Scholar

4 Saal, S.; Wagner, L.; Lütjering, G.; Pillhöfer, H.; Däubler, M. A.: Z. Metallkd. 81 (1990) 535–539.Search in Google Scholar

5 Däubler, M. A.; Helm, D.; Neal, D. F.: Titanium 1990 Products and Applications, Titanium Development Association, Dayton (1990) 78–87.Search in Google Scholar

6 Andres, C.; Gysler, A.; Lütjering, G.: in: F. H. Froes, I. L. Caplan (eds.), Titanium ’92, Science and Technology, TMS, Warrendale (1993) 311–318.Search in Google Scholar

7 Kehoe, M.; Broomfield, R. W.: Titanium Science and Technology, Plenum Press, New York (1973) 2167–2178.Search in Google Scholar

8 Winstone, M. R.; Rawlings, R. D.; West, D. R. F.: J. Less Comm. Met. 39 (1975) 205–217.10.1016/0022-5088(75)90195-2Search in Google Scholar

9 Paton, N. E.; Mahoney, M. W.: Metall. Trans. 7A (1976) 1685 – 1694.10.1007/BF02817886Search in Google Scholar

10 Evans, W. J.; Harrison, G. F.: J. Mater. Sc. 18 (1983) 3449 –3455.10.1007/BF00544173Search in Google Scholar

Materials Science and Technology Vol. 16: Processing of Semiconductors

K.A. Jackson (Volume editor), R.W. Cahn, P. Haasen und E.J. Kramer (eds.), 663/689 Seiten, VCH, Weinheim (1996) ISBN 3-527-26813-8, 450,- DM.

Die Reihe „Materials Science and Technology“ wendet sich an Physiker, Chemiker und Ingenieure, die sich mit materialwissenschaftlichen Fragestellungen befassen. Band 16 ist der Herstellung und Verarbeitung von Halbleitermaterialien gewidmet. Die Gliederung in 12 Kapitel folgt dem Herstellungsprozeß von Halbleiterbauelementen. Alle notwendigen Arbeitsschritte, von der Gewinnung geeigneter Materialien, über die Einkristallzucht bis hin zur Verdrahtung funktionsfähiger Bauelemente, werden detailliert beschrieben. Der Text wurde von Fachleuten der jeweiligen Gebiete verfaßt und ist mit vielen Diagrammen Aund qualitativ hochwertigen Bildern illustriert. Darüber hinaus verfügt jedes Kapitel über eine umfangreiche Liste von Literaturhinweisen.

In den ersten beiden Kapiteln werden verschiedene Verfahren zur Gewinnung hochreiner Halbleitermaterialien, Methoden zum Wachstum von Einkristallen und der Einfluß von Verunreinigungen und mechanischen Schädigungen diskutiert. Das erste Kapitel ist speziell Silizium gewidmet, dem wichtigsten Material der Halbleiterindustrie. Im zweiten Kapitel folgen die Verbindungshalbleiter, vor allem die kommerziell bedeutenden III-V und II-VI-Verbindungen. Für diese Materialien wird auch der Einfluß unterschiedlicher Schmelzpunkte oder Dampfdrücke und die chemische Reäktivität der Komponenten behandelt, die z. T. besondere Wachstumsbedingungen erforderlich machen. Epitaktisches Wachstum wird detailliert in Kapitel 3 beschrieben. Nach der theoretischen Behandlung wird der technologische Hintergrund von Gasphasenabscheidung (CVD), Flüssigphasenabscheidung (LPE) und Molekularstrahlepitaxie (MBE) aüsführlich auch anhand von Beispielen beschrieben. Kapitel 4 umfaßt das Gebiet der Photolithographie, einem Schlüsselprozeß bei der Herstellung von Bauelementen. Die chemischen Vorgänge und verschiedenen Produktionsschritte werden mit Strukturformeln, schematischen Zeichnungen und vielen rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen anschaulich illustriert. Kapitel 5 befaßt sich mit dem kontrollierten Einbau von Dotierstoffen durch Diffusion und Ionenimplantation. Dem schließ sich folgerichtig ein Kapitel über Ätzmethoden an. Nach der Beschreibung der verschiedenen Techniken, wird in den Kapiteln 7 bis 10 Aufbau, Funktionsweise und Herstellung der wichtigsten Bauelemente getrennt für Silizium und eine Verbindungshalbleiter behandelt. Die letzten Kapitel befassen sich mit dem „Packaging“ und der Verdrahtung der Bauteile mit ihrer Umgebung. Abschließend wird die mögliche Zukunft der Halbleiterindustrie anhand von Trends aufgezeigt.

Dieser Band faßt den momentanen Stand der Herstellung und Verarbeitung von Halbleitermaterialien übersichtlich und umfassend zusammen. Die Halbleiterindustrie ist zwar ein sich rapide entwickelnder Markt, doch werden die beschriebenen Techniken auch weiterhin eine wesentliche Rolle bei der Herstellung von Bauelementen spielen. „Processing of Semiconductors“ kann deshalb allen Interessierten als Lehrbuch und Nachschlagewerk nur empfohlen werden.

U. Klement, Stuttgart

Received: 1996-05-22
Published Online: 2021-11-30

© 1997 Carl Hanser Verlag, München