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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter December 20, 2021

Microstructure and Fatigue Properties of the β-Titanium Alloy β-CEZ

Mikrostruktur und Ermüdungseigenschaften der β-Titanlegierung β-CEZ
Jan O. Peters and Gerd Lütjering

Abstract

The influence of the microstructure on the fatigue properties of the high-strength beta titanium alloy β-CEZ was investigated by comparing three distinctly different microstructures: a lamellar (β annealed), a bi-modal (α + β processed), and a necklace microstructure (processed through the β transus). Comparing the three microstructures at the same yield strength level of 1200 MPa, the bi-modal microstructure showed the best HCF and LCF properties. Concerning fatigue crack propagation, small surface cracks (microcracks) exhibited the slowest propagation rate in the bi-modal microstructure whereas the propagation rates of large cracks (macrocracks) were similar in the three microstructures, with the tendency that the lamellar microstructure had a slightly higher resistance against macrocrack propagation. The fatigue properties can be explained firstly by differences in the β grain size. In addition, the crack propagation behavior of macrocracks is influenced by the dimension of the α plates as a second parameter.

Abstract

In dieser Arbeit wurde der Einfluß der Mikrostruktur auf die Ermüdungseigenschaften der hochfesten β-Titanlegierung β-CEZ untersucht. Dazu wurden drei sehr unterschiedliche Mikrostrukturen miteinander verglichen: eine lamellare (β- geglüht), eine bi-modale (α + β-umgeformt) und eine Necklace-Mikrostruktur (umgeformt durch den β-Transus). Der Vergleich der Mikrostrukturen (auf einem Streckgrenzenniveau von 1200 MPa) ergab die höchsten Kurzzeitermüdungs- und Dauerfestigkeiten für die bi-modale Mikrostruktur. Bezüglich der Ermüdungsrißausbreitung konnte gezeigt werden, daß kurze Oberflächenrisse (Mikrorisse) sich am langsamsten in der bi-modalen Mikrostruktur ausbreiteten. Das Ausbreitungsverhalten von langen Rissen (Makrorisse) verlief in den untersuchten Mikrostrukturen annähernd gleich; tendenziell zeigte die lamellare Mikrostruktur einen leicht höheren Widerstand gegen Makrorißausbreitung. Die Ermüdungseigenschaften der drei Mikrostrukturen konnten in erster Linie durch den Einfluß der β-Korngröße erklärt werden. Bezüglich der Makrorisse konnte gezeigt werden, daß als weiterer Parameter die Abmessung der α-Lamellen das Rißausbreitungsverhalten bestimmt.


J.O. Peters, G. Lütjering, Technische Universität Hamburg-Harburg Eißendorfer Str. 42 D-21073 Hamburg Germany

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Received: 1998-02-19
Published Online: 2021-12-20

© 1998 Carl Hanser Verlag, München