Deformation of titanium by surface oxidation
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o f a T i t o air at elevated temperatures c a n l e a d t o o x y g e n p i c k - u p a n d a r e s u l t i n g i n c r e a s e in s p e c i f i c v o l u m e , x'2 It w a s t h e p u r p o s e o f t h i s p a p e r t o i n v e s t i g a t e t h e d i m e n s i o n a l c h a n g e s o c c u r r i n g in t h e +/3 a l l o y T i - 6 A 1 - 4 V a t t e m p e r a t u r e s i n the t w o p h a s e field.
EXPERIMENTAL P R O C E D U R E S AND R E S U L T S T h e d e p t h of o x y g e n c o n t a m i n a t i o n o b t a i n e d by h e a t i n g i n a i r w a s d e t e r m i n e d by q u a n t i t a t i v e m i c r o p r o b e a n a l y s i s . T h e s u r f a c e o x i d e s w e r e r e m o v e d by l i g h t p o l i s h i n g t o e n s u r e t h a t t h e y did not i n f l u e n c e t h e r e s u l t s of t h e f i r s t d a t a p o i n t . F i g . 1 s h o w s a t y p i c a l o x y g e n d i s t r i b u t i o n p r o f i l e o b t a i n e d a f t e r 60 m i n a t 9 5 0 ° C . A f t e r t h e o x i d e r e m o v a l a n o x y g e n c o n t e n t of 12 wt p c t w a s m e a s u r e d a t t h e s u r f a c e . A s i g n i f i c a n t i n c r e a s e i n o x y g e n ( i . e . m o r e t h a n t w i c e the b a s e l i n e v a l u e ) i s f o u n d d o w n t o a d e p t h of 0 . 1 2 5 m m . T o d e t e r m i n e t h e d i m e n s i o n a l c h a n g e s c a u s e d by the o x y g e n p i c k - u p , c o n v e n t i o n a l d i l a t o m e t e r s p e c i m e n s w e r e h e a t e d i n a i r t o t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 750 ° a n d 1000°C a n d t h e n e t l e n g t h c h a n g e s w e r e m e a s u r e d d u r i n g i s o t h e r m a l h o l d i n g a n d a f t e r c o o l i n g to r o o m t e m p e r a t u r e . A 3.1 m m - t h i c k d i l a t o m e t e r s p e c i m e n h e l d i s o t h e r m a l l y i n a i r f o r 75 m i n a t 9 5 0 ° C s h o w e d a n i r r e v e r s i b l e l e n g t h i n c r e a s e o f 0.5 p c t . T h e d e p e n d e n c e of d e f o r m a t i o n o n t i m e i s p a r a b o l i c i n t h e f i r s t 20 r a i n a n d a p p r o x i m a t e l y l i n e a r l a t e r o n a s i l l u s t r a t e d in Fig. 2. ( T h i s r e s e m b l e s t h e usually obs e r v e d o x i d a t i o n b e h a v i o r o f t i t a n i u m .3) D i l a t o m e t e r t e s t s at v a r i o u s temperatures show an exponential inc r e a s e i n d e f o r m a t i o n w i t h i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e up to p e a k v a l u e s a r o u n d 9 5 0 ° C , Fig. 3. If t h i s o x y g e n - i n d u c e d e x p a n s i o n i s r e s t r i c t e d t o one side of a f l a t s p e c i m e n , a b i m e t a l l i c - s t r i p e f f e c t c a n be e x p e c t e d . T h i s w a s d e t e r m i n e d o n 0.75 m m t h i c k s h e e t s p e c i m e n s w h i c h w e r e c o a t e d on o n e s u r face with a protective coating which greatly r e d u c e d o x y g e n p i c k - u p . The r e s u l t i n g o x y g e n - i n d u c e d v o l u m e c h a n g e s a r e d i f f e r e n t o n the t w o s u r f a c e s a n
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