The kinetics and modes of α→$\gamma$ transformation in $\gamma$-based (α+$\gamma$ two-phase Ti-Al alloys sensitively depend on the variation of cooling rates as well as of alloy composition. The lamellar reaction predominates the α→$\gamma$ transformation mode at low and intermediate cooling rates, whereas the massive transformation is the overwhelming transformation mode at high cooling rates. At extremely high cooling rates, the α→$\gamma$ reaction is suppressed and remained as untransformed region.
We have assembled a computer interfaced, in situ, real time high speed resistivity-temperature-time measurement system. This paper reports the α→$\gamma$ continuous cooling transformation kinetics at various cooling rates for Ti-(45.5-47.5)Al and Ti-47.5Al-0.1B (at.%) compositions. Present instrument allows to control and monitor a wide range of cooling rates from a slow (0.2℃/s) to fast (10,000℃/s) rate by employing three different controlling methods, i.e., PID (proportional-integral-derivative) control for slow cooling range, current control for medium cooling range, and gas pressure control for fast cooling range.
The transformation temperature during continuous cooling has been determined by differentiating resistivity-temperature-time curve. Optical microscopy has been used to correlate these results to the microstructural features. There involve two independent, but closely competing α→$\gamma$ transformation modes (lamellar and massive) at intermediate cooling rates in Ti-47.5Al ＆ Ti-46.5Al alloys. In contrast, there is only lamellar transformation mode in a Ti-45.5Al alloy, and the transformation temperature decreases smoothly with cooling rate, forming one C-curved shape. In the whole alloys, lamellae become finer and shorter with increasing cooling rate. The transition cooling rate between two transformation modes is about 50℃/s. The start temperature for lamellar reaction is lower than the α-transus temperature by 70-110℃ and that for massive reaction is 30-230℃ lower than the $T_o$(℃/$\gamma$) line depending on the cooling rate. The α→$\alpha_2$ ordering start temperatures, which remain nearly constant regardless of cooling rates, is measured to be about 1050℃, which is close to that expected from the extension of α/$\alpha_2$ $T_o$ line.
In a Ti-47.5Al-0.1B alloy, there also involve two independent and competing α→$\gamma$ transformation modes as the cooling rate increases. The transition cooling rate is about 100℃/s, which is extended to faster cooling rates than one of Ti-47.5Al. It reveals that the lamellar transformation is preferred in the competion with massive transformation. However, above the transiton cooling rates that the massive mostly prevails, the start and peak temperature of massive transformation is higher than one of Ti-47.5Al while the finish temperature is lower. It means that the addion of boron influences not only to lamellar nucleation but also to massive nucleation and growth.
감마기지 2상 (알파+감마)Ti-Al 합금에서 알파->감마 변태의 운동역학 및 모드는 합금의 조성은 물론 냉각속도에 민감하게 의존한다. 서냉과 중간냉각속도에서 라멜라 반응이 우세한 반면, 빠른 냉각속도에서는 매시브 변태가 지배적이다. 극단적으로 빠른 냉각 속도에서는 알파->감마 반응이 억제되어 미변태영역으로 남게 된다. 컴퓨터로 인터페이스된 in situ 실시간 고속의 비저항-온도-시간 측정시스템을 제작하였다. 본 논문은 Ti-(45.5-47.5)Al 및 Ti-47.5Al-0.1B (at.%) 조성의 합금에서 냉각속도의 변화에 따른 알파->감마 연속냉각변태를 보고하였다. 본 장비는 서냉 (0.2도씨/초)에서 급냉 (10,000도씨/초)에 이르는 광범위한 냉각속도를 제어하고 모니터할수 있도록 각기 다른 3가지 제어 방법, 즉, 서냉에서는 PID 제어, 중간냉각에서는 전류제어, 급냉에서는 헬리움 가스압력의 제어를 이용하였다. 연속냉각중의 변태온도는 비저항-온도-시간 곡선의 미분으로 얻어졌다. 이들 결과들은 미세조직의 관찰을 통하여 상관관계을 규명하였다. Ti-47.5Al 및 Ti-46.5Al 합금에서는 두개의 독립적인 알파->감마 변태모드들 (라멜라와 매시브)이 존재하고 중간 냉각속도에o}U} 서로 경쟁하게 된다. 이와 대조적으로 Ti-45.5Al 합금에서는 오직 라멜라만의 변태모드가 존재하고, 냉각속도가 감소함에 따라서 매끄러운 하나의 C-곡선의 모양을 형성하게 된다. 모든 합금에서 냉각속도가 빨라짐에 따라서 라멜라는 두께가 미세해지고 길이가 짧아지게 된다. 두 변태모드 사이의 천이 냉각속도는 약 50도씨/초이다. 냉각속도에 따라서 라멜라 반응의 시작온도는 알파-천이온도보다 약 70-110도씨 낮고, 매시브 반응은 $T_o$(알파/감마) 선보다 약 30-230도씨 낮은 온도에서 시작한다. 알파->알파_2 규칙화 반응 시작온도는 냉각속도에 상관없이 거의 일정하고 대략 1050도씨로 측정되었다. 이 온도는 알파/알파$_2$ 확장 $T_o$ 선의 예측온도와 거의 유사하다. Ti-47.5Al-0.1B 합금에서는 냉각속도가 증가함에 따라서 두개의 독립적이고 경쟁하는 알파->감마 변태모드가 존재한다. 이 모드들의 천이 냉각속도는 약 100도씨/초이고 Ti-47.5Al에 비해서는 더 빠른 냉각속도로 확장되었다. 이것은 매시브와 라멜라와의 경쟁에서 라멜라 변태가 보론의 첨가로 선호된다는 것을 나타낸다. 그러나 천이 냉각속도 이상에서 즉 대부분 매시브가 존재하는 영역에서는 매시브 변태의 시작온도와 피크온도가 Ti-47.5Al 보다 높게 나타나는 반면에 변태완료 온도는 그 보다 낮게 나타난다. 이것은 보론의 첨가가 라멜라의 핵생성을 촉진할 뿐만 아니라 매시브의 핵생성과 성장에도 관련이 있다는 것을 나타낸다.
