: r : r . % . a . . i 5 " 1 l . , I . t f 1 : 2 2 . E 1 I . l 1 . : . a : 3 . . £ : 3 . a a 1 5 . v 3 3 ‘ : } . 5 . : : c - . . . d 1 . ” 9 . 9 1 I \ . 2 2 . ‘ 1 h 3 . C l » 1 t . ( l 1 I 6 . t t a 3 . l . ¢ r b x . o A ‘ \ ? f . i g . ” h v a I x ‘ . . . 2 2 . 9 A ? h u h I \ . h ! . , E . . i - . s v . b 5 i s i h s x ‘ l l ' 2 . . I 5 £ i 5 ( s W fl . i . n . a 3 fi . } & t I a . ‘ t i 2 3 . : . s l l a l l 9 . 1 1 9 . . . L . m s l t i i ; E S L . m . E g h h fi fi fi n t 3 ‘ . v ‘ 2 ) . . r . h r x : “ L p i n — 5 3 ! . , t ! t l I t i u s . ‘ 3 1 % “ w . A 3 & 5 " V . I l . M i L c U h n I i i B g v R a e A s n r R S i Y t t a y t e C i t a j / o r M Z P r 7 o ( M f e s s o r ’ s S i g n a t u r e . . . _ . . . — . - 4 _ . — . — . — - . - . _ N 0 T h i s i s t o c e r t i f y t h a t t h e d i s s e r t a t i o n e n t i t l e d T H E E F F E C T O F P R O C E S S I N G O N T H E P H Y S I C A L A N D M E C H A N I C A L M E T A L L U R G Y O F B O R O N - M O D I F I E D o u t - [ 3 T I T A N I U M A L L O Y S p r e s e n t e d b y W E I C H E N h a s b e e n a c c e p t e d t o w a r d s f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e P h D . d e g r e e i n M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i r L c L Z / z E / m D a t e M S U i s a n A f fi r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y E m p l o y e r P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K I P r o j / A c h r e s / C l R C / D a t e o u e j n d d T H E E F F E C T O F P R O C E S S I N G O N T H E P H Y S I C A L A N D M E C H A N I C A L M E T A L L U R G Y O F B O R O N - M O D I F I E D a + B T I T A N I U M A L L O Y S B y W e i C h e n A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g 2 0 1 0 A B S T R A C T T H E E F F E C T O F P R O C E S S I N G O N T H E P H Y S I C A L A N D M E C H A N I C A L M E T A L L U R G Y O F B O R O N - M O D I F I E D a + B T I T A N I U M A L L O Y S B y W e i C h e n T h i s d i s s e r t a t i o n c o m p r i s e s a s y s t e m a t i c s t u d y o f b o r o n ( B ) a d d i t i o n a n d p r o c e s s i n g o n t h e m i c r o s t r u c t u r e , t e n s i l e b e h a v i o r , 4 5 5 ° C f a t i g u e b e h a v i o r , a n d e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e c r e e p b e h a v i o r o f t w o ( 1 + 3 a l l o y s s y s t e m s , n a m e l y T i - 6 A l - 4 V ( w t . % ) ( T i - 6 4 ) a n d T i - 6 A l - Z S n - 4 Z r - 2 M o - 0 . I S i ( w t . % ) ( T i - 6 2 4 2 8 ) . A s - c a s t T i - 6 4 - x B ( x = 0 , 0 . 1 , a n d 1 w t . % ) a n d T i - 6 2 4 Z S - x B ( x = 0 , 0 . 1 , 0 . 4 , a n d 1 w t . % ) a l l o y s w e r e e v a l u a t e d . F o r t h e T i - 6 4 — 1 B a l l o y , t h e p r o c e s s i n g e f f e c t s ( i n c l u d i n g c a s t , c a s t - a n d - e x t r u d e d , p o w d e r m e t a l l u r g y ( P M ) r o l l e d , a n d P M e x t r u d e d ) w e r e i n v e s t i g a t e d . F o r t h e a s - c a s t p r o c e s s i n g c o n d i t i o n , B - a d d i t i o n s d i d n o t d e g r a d e t h e 4 5 5 ° C f a t i g u e r e s i s t a n c e o f T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s , a n d t h e B c o n t e n t w h i c h r e s u l t e d i n t h e g r e a t e s t a v e r a g e f a t i g u e l i f e a n d e l o n g a t i o n - t o - f a i l u r e ( a t ) w a s 0 . 1 w t . % i n b o t h a l l o y s y s t e m s . T h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e a s - c a s t a l l o y s w a s s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e d w i t h i n c r e a s e d B c o n c e n t r a t i o n i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m d u e t o t h e l o a d s h a r i n g e f f e c t o f t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B p h a s e . H o w e v e r B - a d d i t i o n s d i d n o t r e s u l t i n a s s i g n i fi c a n t o f a n i m p r o v e m e n t i n t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e T i - 6 2 4 Z S a l l o y s y s t e m . T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y h i g h e r 4 5 5 ° C y i e l d s t r e n g t h s , u l t i m a t e t e n s i l e s t r e n g t h s , a n d f a t i g u e s t r e n g t h s t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s d u e t o t h e i r s m a l l e r g r a i n s i z e , a s m a l l e r o r - c o l o n y s i z e , fi n e r o c - l a t h w i d t h , a n d s t r o n g l y t e x t u r e d o c - p h a s e . F o r t h e s a m e n o m i n a l B c o n t e n t s , t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a l s o e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r c r e e p r e s i s t a n c e a n d t e n s i l e s t r e n g t h t h a n t h e a s - c a s t a l l o y s . T h e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - l B a l l o y s w e r e s u p e r i o r t o t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s d u e t o t h e e q u i a x e d o r . m o r p h o l o g y i n t h e s e a l l o y s . T h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B e x h i b i t e d a fi n e e q u i a x e d o n - p h a s e m o r p h o l o g y a n d s t r o n g a - t e x t u r e , e n a b l i n g i t t o e x h i b i t e v e n l o n g e r f a t i g u e l i f e t h a n t h a t o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . H o w e v e r , t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B w a s w o r s e t h a n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s i n c e c r e e p p r o p e r t y i s f a v o r e d b y l e n t i c u l a r o r m o r p h o l o g y i n s t e a d o f e q u i a x e d o n m o r p h o l o g y . C r e e p - f a t i g u e i n t e r a c t i o n s w e r e a l s o e v a l u a t e d f o r t h e 4 5 5 ° C f a t i g u e e x p e r i m e n t s . T h e l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s g e n e r a t e d b y t h e f a t i g u e p r o c e s s m a y h a v e f a c i l i t a t e d t h e c r e e p d e f o r m a t i o n p r o c e s s a n d i n c r e a s e d t h e s t r a i n r a t e . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e d e f e c t s i n d u c e d b y f a t i g u e ( s u c h a s m i c r o - v o i d s ) a l s o i n c r e a s e d t h e c r e e p r a t e . T h e s t r o n g o r - p h a s e t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a n d t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y r e s u l t e d i n t h e a n i s o t r o p y o f t e n s i l e s t r e n g t h . T h e Y S a n d U T S f o r t h e s e a l l o y s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n w e r e l o w e r t h a n i n t h e l o n g i t u d i n a l ( e x t r u s i o n ) d i r e c t i o n . A s t h e a - p h a s e t e x t u r e b e c a m e w e a k e r w i t h h i g h e r B c o n t e n t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e t e n s i l e a n i s o t r o p y b e c a m e w e a k e r . H o w e v e r , t h e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n w a s s t i l l m u c h h i g h e r t h a n t h a t o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . O v e r a l l , t h i s d i s s e r t a t i o n w o r k h a s s h o w n t h a t B - m o d i fi e d T i - 6 4 a l l o y s s h o w p r o m i s e f o r f a t i g u e - d r i v e n a n d c r e e p - d r i v e n a p p l i c a t i o n s a n d h a v e t h e p o t e n t i a l t o r e p l a c e T i - 6 4 f o r b o t h R T a n d e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s . C o p y r i g h t b y W e i C h e n 2 0 1 0 D e d i c a t i o n T h i s d i s s e r t a t i o n i s d e d i c a t e d t o m y p a r e n t s , G a n g a n d M i n g , w h o h a v e b e e n t e a c h i n g , g u i d i n g a n d s u p p o r t i n g m y l i f e t h r o u g h o u t t h e s e y e a r s . A C K N O W L E D G E M E N T S F i r s t a n d f o r e m o s t I w o u l d l i k e t o t h a n k m y a d v i s o r , D r . C a r l B o e h l e r t , w h o o f f e r e d m e t h e o p p o r t u n i t y t o p e r f o r m t h i s w o r k . I w a s f o r t u n a t e t o b e h i s g r a d u a t e s t u d e n t . H e t u r n e d m e i n t o a m e t a l l u r g i s t a n d h i s e x p e r t i s e a n d p a s s i o n s e t a m o d e l f o r m y f u t u r e . I t h a n k h i m f o r p r o v i d i n g m e o p p o r t u n i t i e s t o p r e s e n t m y w o r k i n p u b l i c a t i o n s a n d a t t e c h n i c a l c o n f e r e n c e s . I n p a r t i c u l a r , I a m v e r y a p p r e c i a t i v e o f h i s a s s i s t a n c e i n h e l p i n g m e o b t a i n a r e s e a r c h p o s i t i o n f o r t w o s u m m e r s a t O a k R i d g e N a t i o n a l L a b o r a t o r y , w h e r e I w i l l w o r k a f t e r g r a d u a t i o n . H e i s a g r e a t a d v i s o r a n d f r i e n d a n d f o r t h a t I c a n n o t t h a n k h i m e n o u g h . I a m g r a t i t u d e t o m y t h e s i s c o m m i t t e e o f D r . T h o m a s B i e l e r , D r . D a h s i n L i u , a n d D r . T h o m a s P e n c e f o r t h e i r g u i d a n c e i n t h e c o m p l e t i o n o f m y d e g r e e . I t h a n k D r . S e s h a c h a r y u l u T a m i r i s a k a n d a l a ( F M W C o m p o s i t e S y s t e m s I n c . ) a n d D r . D a n i e l M i r a c l e ( A i r F o r c e R e s e a r c h L a b o r a t o r y ) f o r p r o v i d i n g t h e m a t e r i a l s a n d t e c h n i c a l g u i d a n c e i n t h i s w o r k . I w o u l d l i k e t o t h a n k m y c o l l e a g u e s a t O a k R i d g e N a t i o n a l L a b : D r . J a n e H o w e , D r . A n d r e w P a y z a n t , a n d M r . L a r r y W a l k e r f o r t h e i r a s s i s t a n c e i n p e r f o r m i n g T E M , X R D a n d m i c r o p r o b e w o r k . I a l s o t h a n k D r . Y u k i n o r i Y a m a m o t o a n d M s . K a t h y T h o m a s f o r t h e a s s i s t a n c e i n s a m p l e p r e p a r a t i o n . I a p p r e c i a t e t h e l o v e a n d s u p p o r t f r o m m y f a m i l y a n d f r i e n d s . I e s p e c i a l l y t h a n k m y p a r e n t s f o r s u p p o r t i n g m e d u r i n g m y h a r d t i m e b e f o r e I c a m e t o t h e U S . f o r g r a d u a t e s t u d y . L a s t l y , I a m g r a t e f u l t o m y f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s i n t h e C H E M S D e p a r t m e n t , w h o m a d e m y l i f e a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y m o r e e n j o y a b l e . v i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i i i C H A P T E R 1 P R O B L E M F O R M A T I O N A N D R E S E A R C H O B J E C T I V E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l A . R a t i o n a l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 B . R e s e a r c h O b j e c t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 C . E x p e c t e d O u t c o m e s i n T h i s D i s s e r t a t 1 0 n 9 C H A P T E R 2 B A C K G R O U N D A N D L I T E R A T U R E R E V I E W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 A . F u n d a m e n t a l s o f T i a n d T i - B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 1 . H i s t o r y o f T i a l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . M e t a l l u r g y o f T i A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 . H i s t o r y o f T i - B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 . M e t a l l u r g y o f T i - B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 . T i - B A l l o y P r o c e s s i n g a n d M i c r o s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 . T e n s i l e P r o p e r t i e s o f T i - B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 B . F a t i g u e B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 . F u n d a m e n t a l s o f F a t i g u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 . F a t i g u e o f T i A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 3 . F a t i g u e o f T i - B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 C . C r e e p B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 1 . D i f f u s i o n C r e e p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 2 . D i s l o c a t i o n C r e e p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 3 . G r a i n B o u n d a r y S l i d i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 4 . C r e e p S t r e s s E x p o n e n t s a n d A p p a r e n t A c t i v a t i o n E n e r g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 5 . 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A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B A l l o y S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 2 . 1 F a t i g u e B e h a v i o r ( 4 5 5 ° C ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 2 . 2 F r a c t u r e A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 2 . 3 F a t i g u e C r a c k G r o w t h B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 D . C r e e p B e h a v i o r R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 1 . 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A s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B A l l o y S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 2 . 1 C r e e p P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 2 . 2 I n - s i t u C r e e p B e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 C H A P T E R 5 D I S C U S S I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 5 A . M i c r o s t r u c t u r e D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 6 1 . 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A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 D . F a t i g u e B e h a v i o r D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 4 1 . 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F a t i g u e E n d u r a n c e L i m i t s o f t h e S t u d i e d A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 5 E . C r e e p B e h a v i o r D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 6 1 . 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A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 F . C r e e p - F a t i g u e I n t e r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 7 C H A P T E R 6 S U M M A R Y A N D C O N C L U S I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 A . S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 B . C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 1 . M i c r o s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 2 . T e n s i l e P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 8 3 . F a t i g u e P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 4 . C r e e p P r o p e r t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 5 . C r e e p - F a t i g u e I n t e r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 4 C . R e c o m m e n d a t i o n s f o r F u t u r e W o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 6 B I B L I O G R A P H Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 7 L I S T O F T A B L E S T a b l e 2 . 1 . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f T i - B A l l o y s ( l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n ) f r o m H S C T P r o j e c t [ G o v e r n m e n t c o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 : H i g h S p e e d R e s e a r c h - A i r f r a m e T e c h n o l o g y R e p o r t ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 T a b l e 2 . 2 . R T T e n s i l e P r o p e r t i e s o f A s - c a s t T i - 6 4 - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 T a b l e 2 . 3 . R T T e n s i l e P r o p e r t i e s o f P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 T a b l e 2 . 4 . T e n s i l e P r o p e r t i e s o f B B P M P r o c e s s e d T i - 6 4 / T i B C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 T a b l e 4 . 1 . B u l k C o m p o s i t i o n s o f t h e T i - 6 4 - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 T a b l e 4 . 2 . B u l k C o m p o s i t i o n s o f t h e A s - C a s t T i — 6 2 4 2 8 - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 T a b l e 4 . 3 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V p ) a n d o r a n d B L a t h W i d t h s ( 2 . ) f o r t h e A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 T a b l e 4 . 4 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V P ) , o r G r a i n S i z e ( d a ) a n d o r , B L a t h W i d t h s ( A ) f o r t h e P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 T a b l e 4 . 5 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V p ) a n d o r a n d B l a t h w i d t h s ( i t ) f o r t h e A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 T a b l e 4 . 6 . P h a s e C o m p o s i t i o n s i n w t . % f o r t h e T i - 6 4 - 1 B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 T a b l e 4 . 7 . P h a s e C o m p o s i t i o n s i n w t . % f o r t h e T i - 6 2 4 2 8 - O . 4 B a n d T i - 6 2 4 2 8 - l B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6 T a b l e 4 . 8 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 T a b l e 4 . 9 . R o o m T e m p e r a t u r e ( 2 2 ° C ) T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 T a b l e 4 . 1 0 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e S t u d i e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s . . . . . . . . . . . 1 2 8 T a b l e 4 . 1 1 . A v e r a g e R T ( 2 2 ° C ) T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e S t u d i e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s . . . . 1 2 8 T a b l e 4 . 1 2 . E l e v a t e d - t e m p e r a t u r e T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 ] x i T a b l e 4 . 1 3 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e R u n o u t T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d S p e c i m e n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 T a b l e 4 . 1 4 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e R u n o u t P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 T a b l e 5 . 1 . T h e 4 5 5 ° C F a t i g u e E n d u r a n c e L i m i t s o f t h e S t u d i e d A l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 5 T a b l e 5 . 2 . P r o c e s s i n g E f f e c t o n M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - I B A l l o y s a t T = 4 5 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 T a b l e 5 . 3 . P r o c e s s i n g E f f e c t o n M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - 1 B A l l o y s a t T = 4 0 0 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 T a b l e 5 . 4 . M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m s a t T = 4 5 5 ° C / o = 4 5 0 M P a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 x i i L I S T O F F I G U R E S I m a g e s i n t h i s t h e s i s / d i s s e r t a t i o n a r e p r e s e n t e d i n c o l o r . F i g u r e 1 . 1 . M e t a l s u s e d i n a t y p i c a l t u r b o f a n e n g i n e . T i a l l o y s a r e i n b l u e , n i c k e l - b a s e d s u p e r a l l o y s a r e i n r e d , a n d s t e e l s a r e i n y e l l o w . [ T r e n t 8 0 0 E n g i n e , R o l l s - R o y c e P l c . ] . . . . 1 F i g u r e 1 . 2 . R o l l s - R o y c e T r e n t 8 0 0 J e t E n g i n e d i s p l a y i n g t h e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e p r o fi l e s a l o n g t h e e n g i n e . ( L P C - l o w p r e s s u r e c o m p r e s s o r , H P C - h i g h p r e s s u r e c o m p r e s s o r , H P T - h i g h p r e s s u r e t u r b i n e , I P T - i n t e r m e d i a t e p r e s s u r e t u r b i n e , a n d L P T - l o w p r e s s u r e t u r b i n e . ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 F i g u r e 1 . 3 . A d i a g r a m s h o w i n g t h e s t r u c t u r e o f a t w i n - s p o o l c o m p r e s s o r . [ T h e J e t E n g i n e , T e c h n i c a l P u b l i c a t i o n s D e p a r t m e n t , R o l l s - R o y c e p l c , D e r b y , E n g l a n d , 1 9 9 6 ] . . . . . . . . . . . . . . . 3 F i g u r e 1 . 4 . ( a ) T h e fi r s t f a m i l y c a r ( T o y o t a A l t e z z a ) t o f e a t u r e a T i / T i B v a l v e a n d ( b ) t h e a p p e a r a n c e o f t h e d e v e l o p e d v a l v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 F i g u r e 2 . 1 . H i g h m o d u l u s T i - 6 2 S - 0 . 6 B e x t r u s i o n s m a n u f a c t u r e d d u r i n g t h e H S C T p r o j e c t . [ G o v e r n m e n t c o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 : H i g h S p e e d R e s e a r c h - A i r f r a m e T e c h n o l o g y r e p o r t ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 F i g u r e 2 . 2 . ( a ) T o y o t a A l t e z z a v e h i c l e ( l e f t ) a n d Y a m a h a m o t o r c y c l e ( r i g h t ) u s e T i - B a l l o y s f o r e n g i n e v a l v e s , a n d ( b ) t h e i n t a k e ( T i - 6 4 f l ‘ i B a l l o y ) a n d e x h a u s t v a l v e s ( T i - 6 A 1 - 4 S n - 4 2 r — 1 N b - 1 M o - 0 2 S i / T i B a l l o y ) u s e d i n T o y o t a A l t e z z a v e h i c l e s . [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] . . . . l 7 F i g u r e 2 . 3 . T i - B b i n a r y p h a s e d i a g r a m [ M u r r a y ( 1 9 9 2 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 F i g u r e 2 . 4 . C r y s t a l s t r u c t u r e o f T i B ( o r t h o r h o m b i c , 3 2 7 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 F i g u r e 2 . 5 . B l e n d e d e l e m e n t a l P M p r o c e s s fl o w c h a r t f o r m a n u f a c t u r i n g T i - B e n g i n e v a l v e s . [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 2 . 6 . T y p i c a l p r o c e s s i n g m e t h o d s f o r T i - B a l l o y s . [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 F i g u r e 2 . 7 . G r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t b y B a d d i t i o n i n T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 2 8 a l l o y s . ( a ) A s - c a s t g r a i n s i z e v e r s u s B c o n c e n t r a t i o n p l o t , a n d ( b ) d i g i t a l p h o t o g r a p h s s h o w i n g t h e a s - c a s t g r a i n s i z e d i f f e r e n c e b e t w e e n T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - 0 . 0 S B a l l o y s . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 F i g u r e 2 . 8 . R T 8 f v a l u e s o f a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s v e r s u s B c o n c e n t r a t i o n . [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 x i i i F i g u r e 2 . 9 . E l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f B - m o d i fi e d ' ( a ) a s - c a s t T i - 6 4 , a n d ( b ) a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S a l l o y s . [ M i r a c 1 e ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 F i g u r e 2 . 1 0 . D i f f e r e n t s t a g e s o f t h e f a t i g u e l i f e a n d r e l e v a n t f a c t o r s [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . . 3 0 F i g u r e 2 . 1 1 . F a c t o r s a f f e c t i n g t h e c r a c k i n i t i a t i o n a n d c r a c k g r o w t h . [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 F i g u r e 2 . 1 2 . T y p i c a l R T f a t i g u e d a t a f o r T i - 6 4 a l l o y w i t h d i f f e r e n t p r o c e s s i n g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 F i g u r e 2 . 1 3 . I d e a l i z e d c r e e p c u r v e s h o w i n g t h e t h r e e r e g i m e s o f c r e e p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 F i g u r e 3 . 1 . I n d u c t i o n S c u l l M e l t i n g P r o c e s s . ( a ) T h e m e l t i n g f u r n a c e , a n d ( b ) p o u r i n g o f t h e m e l t i n t o t h e c r u c i b l e . ( C o u r t e s y : S c o t t R e e d , F l o w S e r v e C o r p . ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 F i g u r e 3 . 2 . C a s t i n g o t o f T i - 6 4 - x B o r T i - 6 2 4 2 8 - x B ( 7 0 m m d i a m e t e r H I P p e d a t 9 0 0 ° C / 1 0 0 M P a f o r 2 h r s ) . T h e r u l e r l e n g t h i s 1 2 i n ( ~ 3 0 c m ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 F i g u r e 3 . 3 . D i a g r a m s h o w i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 F i g u r e 3 . 4 . T i a t o m i z a t i o n t o w e r a n d c y c l o n e a t C r u c i b l e R e s e a r c h C o r p o r a t i o n u s e d t o m a k e T i - 6 4 - l B p o w d e r v i a p r e - a l l o y e d a p p r o a c h . T h e h e i g h t o f t h e r o o m i s a b o u t 5 m . [ Y o l t o n ( 2 0 0 7 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 F i g u r e 3 . 5 . T h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g s t e p s f o r P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 3 . 6 . R o l l i n g m i l l a t M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e s C o r p o r a t i o n ( O a k R i d g e , T N ) f a c i l i t y . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 3 . 7 . T i - 6 4 - 1 B b i l l e t t r a n s f e r r e d f r o m f u r n a c e t o r o l l i n g m i l l . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 3 . 8 . F i n a l p l a t e s o f P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 F i g u r e 3 . 9 . T h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g s t e p s f o r P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . . . . . . . . 4 9 F i g u r e 3 . 1 0 . A s c h e m a t i c o f t h e t h r e e d i f f e r e n t s h e e t o r i e n t a t i o n s w h i c h w e r e e v a l u a t e d f o r t h e m a t e r i a l s i n t h e m i c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 F i g u r e 3 . 1 1 . S a m p l e c u t t i n g d i r e c t i o n o f t h e ( a ) c a s t i n g s a n d e x t r u s i o n b a r s , a n d ( b ) r o l l e d p l a t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4 F i g u r e 3 . 1 2 . P h o t o o f t h e s a m p l e u s e d f o r t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e t e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 x i v F i g u r e 3 . 1 3 . A p h o t o g r a p h o f t h e d o g b o n e s u s e d f o r i n - s i t u t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e t e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 3 . 1 4 . ( a ) A s a m p l e E D M c u t f r o m t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x t r u s i o n b a r a n d t h e I N 7 1 8 g r i p , a n d ( b ) S l i c e d s a m p l e fi t i n t o t h e I N 7 1 8 g r i p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 F i g u r e 3 . 1 5 . S e r v o - h y d r a u l i c t e s t i n g f r a m e u s e d f o r t e n s i l e a n d f a t i g u e t e s t i n g . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 3 . 1 6 . H o r i z o n t a l s e r v o - h y d r a u l i c t e s t i n g f r a m e s h o w i n g a g r i p p e d s a m p l e w i t h a n a t t a c h e d e x t e n s o m e t e r a n d t w o b a n k s o f q u a r t z l a m p s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 8 F i g u r e 3 . 1 7 . A n A T S c r e e p f r a m e u s e d t o t e s t t h e a l l o y s i n t h i s w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 F i g u r e 3 . 1 8 . T h e E r n e s t F u l l a r n i n - s i t u t e n s i l e s t a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 F i g u r e 3 . 1 9 . ( a ) A s a m p l e o n t e n s i l e s t a g e r e a d y t o p u t i n t o t h e X L - 3 0 S E M c h a m b e r , a n d ( b ) t h e g r i p a n d b r o k e n s a m p l e a f t e r a t e n s i l e t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 F i g u r e 4 . 1 . B S E S E M i m a g e s o f t h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s : ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d — e x t r u d e d , ( e ) T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( f ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . I n c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n w a s h o r i z o n t a l . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 F i g u r e 4 . 2 . T E M d a t a f o r t h e T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y ( a ) b r i g h t fi e l d i m a g e i n d i c a t i n g t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n a n d a ( b ) [ 1 2 1 6 ] S A D P t a k e n f r o m t h e o c - p h a s e . ( I m a g e a c q u i s i t i o n w a s a s s i s t e d b y D r . J a n e H o w e o f O R N L ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 F i g u r e 4 . 3 . B S E S E M i m a g e s o f t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s . I n ( ( 1 ) , t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n ( h o r i z o n t a l ) . I n ( e ) , t h e T i B p h a s e i s p o i n t i n g o u t o f t h e p a p e r . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 F i g u r e 4 . 4 . B S E S E M i m a g e s o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y m i c r o s t r u c t u r e : ( a ) T i - 6 2 4 2 3 , ( b ) T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B , ( c ) T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B a n d ( d ) T i - 6 2 4 2 8 - 1 B a l l o y s . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 F i g u r e 4 . 5 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) a — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) ( 0 0 0 1 ) , ( 1 0 1 0 ) , a n d ( 1 0 1 1 ) p o l e fi g u r e f o r t h e o r - p h a s e , ( c ) o r — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t , ( d ) T i B p h a s e o r i e n t a t i o n m a p a n d ( e ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 X V F i g u r e 4 . 6 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) o r — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) o r - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) o r — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . I n t h i s s c a n , o n l y t h e T i o r - p h a s e w a s a n a l y z e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 F i g u r e 4 . 7 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - l B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) o r — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) o r - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) o r — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . I n t h i s s c a n , o n l y t h e T i o r - p h a s e w a s a n a l y z e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 F i g u r e 4 . 8 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n f o r a T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t s a m p l e : ( a ) o r — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) o r - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4 F i g u r e 4 . 9 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) o r — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) o r - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c 8 2 7 T i B p h a s e , a n d ( d ) o r - p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 F i g u r e 4 . 1 0 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e r o l l i n g d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d s a m p l e : ( a ) o r — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) o r - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , ( c ) o r — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t , ( d ) T i B p h a s e o r i e n t a t i o n m a p a n d ( e ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 F i g u r e s 4 . 1 1 . X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r t r a n s v e r s e s e c t i o n s o f ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d , ( e ) T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( f ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . ( M e a s u r e m e n t a n d c h a r a c t e r i z a t i o n w a s a s s i s t e d b y D r . A n d r e w P a y z a n t o f O R N L ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4 F i g u r e 4 . 1 2 . ( 0 0 0 2 ) X R D P o l e fi g u r e p l o t s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d ( a ) T i - 6 4 , a n d ( b ) T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e a n a l y s i s w a s d o n e o n a c r o s s s e c t i o n ( t r a n s v e r s e ) w h i c h w a s c u t p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 F i g u r e s 4 . 1 3 . X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . ( a ) P M r o l l e d f a c e o r i e n t a t i o n , ( b ) P M r o l l e d t r a n s v e r s e o r i e n t a t i o n , ( c ) P M r o l l e d l o n g i t u d i n a l o r i e n t a t i o n , a n d ( ( 1 ) P M e x t r u d e d t r a n s v e r s e o r i e n t a t i o n . N o t e t h e r a t i o o f ( 0 0 0 2 ) p e a k a n d ( 1 0 - 1 1 ) p e a k i n ( d ) c o m p a r e d t o t h a t f o r ( a ) ( b ) a n d ( c ) . T h i s i n d i c a t e d t h a t t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y w a s s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h ( 0 0 0 2 ) p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s w h i l e t h e P M r o l l e d a l l o y w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 0 F i g u r e 4 . 1 4 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n b e h a v i o r o f t h e s t u d i e d a l l o y s . . . . . . . 1 1 5 x v i F i g u r e 4 . 1 5 . S E S E M i m a g e s o f t e n s i l e t e s t f o r a c a s t - a n d — e x t r u d e d T i - 6 4 — x B s a m p l e . t e s t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s a t 4 5 5 ° C . ( a ) b e f o r e t h e l o a d w a s a p p l i e d , a n d ( b ) a f t e r t h e b r o k e n o f t h e s a m p l e . A t y p e K t h e r m o c o u p l e w a s s p o t w e l d e d t o t h e s u r f a c e o f t h e s a m p l e t o m e a s u r e t h e t e m p e r a t u r e , w h i c h w a s a l t e r e d u s i n g a r e s i s t i v e h e a t e r l o c a t e d u n d e r n e a t h t h e s a m p l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 F i g u r e 4 . 1 6 . C o m p a r i s o n o f Y 8 a n d U T S i n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h r e c t a n g u l a r c o l u m n s ) a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c y l i n d e r s ) f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s ; ( a ) 4 5 5 ° C p r o p e r t i e s a n d ( b ) R T ( 2 2 ° C ) p r o p e r t i e s . . . . . . . . . 1 1 7 F i g u r e 4 . 1 7 . S E S E M i m a g e s o f t h e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C ( a ) - ( m ) . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t . T h i s s a m p l e w a s n o t t a k e n t o f a i l u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 9 F i g u r e 4 . 1 8 . S e c o n d a r y e l e c t r o n S E M i m a g e s o f t h e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l a n d t h e i m a g e w a s t a k e n w i t h i n 1 0 0 p m o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 7 F i g u r e 4 . 1 9 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s V S . s t r a i n b e h a v i o r o f r e p r e s e n t a t i v e T i - 6 4 - 1 B a l l o y s f o r e a c h p r o c e s s i n g c o n d i t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 F i g u r e 4 . 2 0 . C o m p a r i s o n o f Y 8 a n d U T S i n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c o l u m n s ) a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c y l i n d e r s ) f o r t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . ( a ) 4 5 5 ° C p r o p e r t i e s a n d ( b ) R T ( 2 2 ° C ) p r o p e r t i e s . * [ L i e b e r m a n ( 2 0 0 7 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0 F i g u r e 4 . 2 1 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s V S . s t r a i n p l o t o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a fl o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 F i g u r e 4 . 2 2 . T e n s i l e s t r e s s V S . d i s p l a c e m e n t p l o t f o r a T i - 6 2 4 2 8 - 1 B s p e c i m e n a t 5 6 5 ° C . T h e “ X ” i n d i c a t e s f r a c t u r e . T h e t e s t w a s p a u s e d a t d i f f e r e n t i n t e r v a l s f o r i m a g i n g a n d t h e s e i n t e r v a l s a r e i d e n t i fi e d b y t h e r e d u c t i o n i n l o a d t h a t o c c u r r e d a n d / o r t h e o p e n c i r c l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 F i g u r e 4 . 2 3 . ( a ) - ( e ) S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 Z S - I B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e d i s p l a c e m e n t s / l o a d s w e r e i n d i c a t e d . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t i n t h e s e i m a g e s . A r r o w s i n d i c a t e s l i p l i n e s i n t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 F i g u r e 4 . 2 4 . ( a ) - ( f ) S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e d i s p l a c e m e n t s / l o a d s w e r e i n d i c a t e d . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t i n t h e s e i m a g e s . S l i p l i n e s i n t h e o r + B m i c r o s t r u c t u r e a r e e v i d e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 x v i i F i g u r e 4 . 2 5 . S E S E M i m a g e o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f ( a ) T i - 6 2 4 Z S - 1 B a n d ( b ) T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 4 B t e n s i l e s a m p l e s t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C w h e r e d u c t i l e d i m p l e s w e r e e x h i b i t e d . T h e t e n s i l e a x i s w a s h o r i z o n t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 F i g u r e 4 . 2 6 . M a x i m u m a p p l i e d s t r e s s v e r s u s c y c l e s t o f a i l u r e c u r v e s f o r t h e ( a ) a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a n d t h e ( b ) c a s t — a n d - e x t r u d e d T i — 6 4 - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C w h e r e r u n o u t s p e c i m e n s a r e m a r k e d w i t h a n a r r o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 4 F i g u r e 4 . 2 7 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t t h e m a r k e d c y c l e n u m b e r s f o r t h e s t u d i e d a l l o y s t e s t e d a t 4 5 5 ° C . ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d , ( e ) T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( f ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d . T h e s l o p e o f e a c h c u r v e i s i n d i c a t e d b y t h e l i s t e d Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 7 F i g u r e 4 . 2 8 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s o f p o s t - f a t i g u e a s - c a s t T i - 6 4 - x B s a m p l e s . I n ( a ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e o r - p h a s e l a t h s w a s e x h i b i t e d a n d p e r i o d i c s h e a r b a n d s w e r e e v i d e n t i n t h e B p h a s e . C r a c k i n g w i t h i n t h e T i B - p h a s e w a s e x h i b i t e d f o r t h e B - m o d i fi e d a l l o y s i n ( b ) a n d ( c ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 F i g u r e 4 . 2 9 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g s e c o n d a r y c r a c k s i n t h e o r c a s e o n t h e s u r f a c e o f T i - 6 4 — x B s a m p l e s . O x i d a t i o n o c c u r r e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 F i g u r e 4 . 3 0 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . I n ( a ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e a - p h a s e l a t h s w a s e x h i b i t e d . I n ( b ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e T i B - p h a s e w a s e x h i b i t e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 8 F i g u r e 4 . 3 1 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 s p e c i m e n . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s . T h i s s a m p l e h a d t w o c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 F i g u r e 4 . 3 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s a m p l e . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 F i g u r e 4 . 3 3 . L o w - m a g n i fi c a t i o n d i g i t a l i m a g e o f t h e o x i d i z e d c r a c k g r o w t h r e g i o n ( d a r k c o l o r e d ) f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s p e c i m e n w h i c h f r a c t u r e d a fi e r 2 5 , 5 5 5 c y c l e s f o r a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 4 0 0 M P a . T h e r u l e r s c a l e i s i n m i l l i m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 F i g u r e 4 . 3 4 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e . ( a ) l o w e r m a g n i fi c a t i o n a n d ( b ) h i g h e r m a g n i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 F i g u r e 4 . 3 5 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e ( a ) ( b ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 s a m p l e . ( c ) ( d ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B s a m p l e . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 x v i i i F i g u r e 4 . 3 6 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f ( a ) ( b ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 s a m p l e . ( c ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e . F a t i g u e s t r i a t i o n s a r e s h o w n i n t h e f a t i g u e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 8 F i g u r e 4 . 3 7 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e o v e r l o a d r e g i o n o n f r a c t u r e s u r f a c e f o r c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e o v e r l o a d r e g i o n e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . . . . . . 1 7 1 F i g u r e 4 . 3 8 . L o w - m a g n i fi c a t i o n d i g i t a l i m a g e o f t h e o x i d i z e d c r a c k g r o w t h r e g i o n ( d a r k c o l o r e d ) f o r a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B s p e c i m e n w h i c h f r a c t u r e d a f t e r 4 2 , 1 2 7 c y c l e s f o r a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 5 0 0 M P a . T h e r u l e r s c a l e i s i n m i l l i m e t e r s . . . . . . . . . . . . 1 7 4 F i g u r e 4 . 3 9 . M a x i m u m a p p l i e d s t r e s s v e r s u s c y c l e s t o f a i l u r e c u r v e s f o r t h e ( a ) P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i — 6 4 - 1 B a l l o y s , ( b ) a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . R u n o u t s p e c i m e n s a r e m a r k e d w i t h a n a r r o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 F i g u r e 4 . 4 0 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t t h e m a r k e d c y c l e n u m b e r s f o r t h e s t u d i e d a l l o y s a t 4 5 5 ° C . ( a ) P M r o l l e d T i - 6 4 - l B , a n d ( b ) P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B . T h e s l o p e o f e a c h c u r v e i s i n d i c a t e d b y t h e l i s t e d Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 F i g u r e 4 . 4 1 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s c l o s e t o t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e o f a ( a ) ( b ) T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d s a m p l e ( N f : 2 6 6 , 6 3 8 c y c l e s , G m a x = 5 5 0 M P a ) . ( c ) ( d ) T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e ( N 5 1 6 2 , 6 2 8 c y c l e s , G m a x = 6 5 0 M P a ) . T i B c r a c k i n g i s e v i d e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 0 F i g u r e 4 . 4 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d s p e c i m e n ( N f ‘ : 2 6 6 , 6 3 8 c y c l e s , G m a x = 5 5 0 M P a ) . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s i n ( a ) . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . . . . . . 1 8 3 F i g u r e 4 . 4 3 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s p e c i m e n ( N 5 1 6 2 , 6 2 8 c y c l e s , G m a x = 6 5 0 M P a ) . ( a ) L o w - m a g n i fi c a t i o n i m a g e , a n d ( b ) h i g h - m a g n i fi c a t i o n i m a g e . M o s t o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e c o n t a i n e d d u c t i l e d i m p l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 F i g u r e 4 . 4 4 . M a x i m u m a p p l i e d s t r e s s v e r s u s c y c l e s - t o - f a i l u r e c u r v e s f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s w h e r e r u n o u t s p e c i m e n s a r e m a r k e d w i t h a n a r r o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 F i g u r e 4 . 4 5 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t i n d i c a t e d c y c l e s f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 F i g u r e 4 . 4 6 . P o s t — f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s c r a c k i n g w i t h i n t h e a - p h a s e l a t h s w a s e x h i b i t e d a s i n d i c a t e d b y t h e a r r o w s i n ( a ) . C r a c k i n g w i t h i n t h e T i B - p h a s e w a s e x h i b i t e d f o r t h e B - m o d i fi e d a l l o y s i n a s i n d i c a t e d b y t h e a r r o w s ( b ) , ( c ) a n d ( d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 9 x i x F i g u r e 4 . 4 7 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e e d g e s f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s . o r - c a s e f o r m e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t d u e t o o x i d a t i o n a n d s e c o n d a r y c r a c k s w e r e e v i d e n t i n t h e o r - c a s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 F i g u r e 4 . 4 8 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r ( a ) a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B s a m p l e , a n d ( b ) a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - 1 B s a m p l e . T h e f a t i g u e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d b y t h e a r r o w s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 F i g u r e 4 . 4 9 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f ( a ) ( b ) t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S s a m p l e w h i c h f a i l e d a f t e r 3 7 , 6 0 7 c y c l e s a t a m a x i m u m s t r e s s o f 3 5 0 M P a . F a t i g u e s t r i a t i o n s a r e s h o w n i n t h e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 6 F i g u r e 4 . 5 0 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 7 F i g u r e 4 . 5 1 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t o f a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s w h i c h h a v e b e e n s u b j e c t e d t o f a t i g u e t e s t i n g a t 4 5 5 ° C a t t h e s t r e s s l e v e l s i n d i c a t e d i n p a r e n t h e s i s a n d d i d n o t f a i l a f t e r m o r e t h a n o n e m i l l i o n c y c l e s : T i - 6 2 4 2 8 ( 4 0 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 Z S - 0 . I B ( 4 0 0 M P a , 1 . 4 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B ( 3 0 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 2 S - 1 B ( 3 5 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) . C o m p a r i n g t h i s t o F i g u r e 4 . 2 1 s u g g e s t s t h a t t h e r e w a s n o f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 F i g u r e 4 . 5 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s f o r a n o t c h e d T i - 6 2 4 2 S - 1 B s a m p l e f a t i g u e t e s t e d a t a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 3 5 0 M P a . ( a ) 2 0 3 r d c y c l e , a n d ( b ) p o s t f a i l u r e . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 F i g u r e 4 . 5 3 . ( a ) - ( h ) S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s f o r a n o t c h e d T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B s a m p l e f a t i g u e t e s t e d a t a m a x i m u m s t r e s s o f 4 0 0 M P a . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . C r a c k i n g a h e a d o f t h e n o t c h t i p w a s e v i d e n t a n d a s t h e m a t r i x / T i B i n t e r f a c e c r a c k j o i n e d t h e n o t c h t h e s a m p l e b r o k e b e f o r e r e a c h i n g t h e 4 6 t h c y c l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 F i g u r e 4 . 5 4 . C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s o f t h e s t u d i e d a l l o y s a t v a r i o u s t e m p e r a t u r e s a n d a p p l i e d s t r e s s l e v e l s . a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a : ( a ) a s - c a s t ( b ) c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s ; a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 0 0 M P a : ( c ) a s - c a s t ( d ) c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s ; a t T = 4 0 0 ° C , 6 : 4 5 0 M P a : ( e ) a s - c a s t ( f ) c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 F i g u r e 4 . 5 5 . M i n i m u m c r e e p r a t e ( 8 m i n ) v e r s u s s t r e s s ( 0 ' ) p l o t a t T = 4 0 0 ° C f o r T i - 6 4 , T i ~ 6 4 - 0 1 3 , a n d T i - 6 4 - I B ( a ) a s - c a s t a n d ( b ) c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h s t r e s s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t ( n ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 X X F i g u r e 4 . 5 6 . L n 8 m i n v e r s u s r e c i p r o c a l o f t e m p e r a t u r e f o r t h e ( a ) a s - c a s t a l l o y s a t o = 4 5 0 M P a a n d f o r t h e ( b ) c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a t o = 6 0 0 M P a i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h t e m p e r a t u r e . Q a p p v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 F i g u r e 4 . 5 7 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a c r e e p s t r a i n o f 1 . 5 % a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / 0 : 4 0 0 M P a , a n d ( b ) a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a c r e e p s t r a i n o f 2 . 8 % a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / o = 4 0 0 M P a . T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 F i g u r e 4 . 5 8 . H i g h - m a g n i fi c a t i o n B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n o f a T i - 6 4 — 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 5 . 2 % c r e e p s t r a i n a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 0 0 ° C / o = 4 5 0 - 6 0 0 M P a t h e n T = 4 2 5 ° C a n d T = 4 5 5 ° C . T i B w h i s k e r c r a c k i n g w a s e v i d e n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 8 F i g u r e 4 . 5 9 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n i n d i c a t i n g c r a c k i n g i n t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e f o r c r e e p s a m p l e s t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C / 0 ' = 4 0 0 M P a ( a ) a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 3 . 8 % c r e e p s t r a i n a n d ( b ) a T i - 6 4 a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 3 . 5 % c r e e p s t r a i n . T h e c r a c k s a r e i d e n t i fi e d b y t h e i r d a r k b l a c k c o l o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 F i g u r e 4 . 6 0 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s i n d i c a t i n g e n v i r o n m e n t a l l y - a f f e c t e d s e c o n d a r y c r a c k s a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s f o r ( a ) a T i - 6 4 a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 6 . 0 % c r e e p s t r a i n a f t e r a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / o = 4 0 0 M P a , a n d f o r ( b ) a T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 5 . 8 % c r e e p s t r a i n a f t e r a c r e e p t e s t a t T 4 0 0 ° C / o = 4 5 0 - 6 0 0 M P a t h e n T = 4 2 5 ° C a n d T = 4 5 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 F i g u r e 4 . 6 1 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e i n - s i t u c r e e p t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C / o = 4 5 0 M P a . T h e c r e e p d i s p l a c e m e n t s a r e i n d i c a t e d i n t h e l o w e r l e f t h a n d s i d e o f t h e i m a g e s ( a ) - ( i ) . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 F i g u r e 4 . 6 2 . L o w e r - m a g n i fi c a t i o n B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e d e p i c t e d i n F i g u r e 4 . 6 1 a f t e r t h e t e s t w a s c o m p l e t e d . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 F i g u r e 4 . 6 3 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e i n - s i t u c r e e p t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C , 0 : 4 5 0 M P a . T h e c r e e p d i s p l a c e m e n t s a r e i n d i c a t e d i n t h e l o w e r l e f t h a n d s i d e o f t h e i m a g e s ( a ) - ( f ) . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 x x i F i g u r e 4 . 6 4 . C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s f o r t h e P M p r o d e s s e d T i - 6 4 - l B s a m p l e s a t ( a ) T = 4 5 5 ° C , 0 : 4 0 0 M P a . ( b ) T = 4 5 5 ° C , o ' = 4 5 0 M P a , a n d ( c ) T = 4 0 0 ° C , o = 4 5 0 M P a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 4 F i g u r e 4 . 6 5 . M i n i m u m c r e e p r a t e ( 8 m i n ) v e r s u s 0 ' p l o t f o r t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a t ( a ) 4 0 0 ° C a n d ( b ) 4 5 5 ° C i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h s t r e s s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t ( n ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . 2 3 6 F i g u r e 4 . 6 6 . L n 8 m i n v e r s u s r e c i p r o c a l o f t e m p e r a t u r e f o r t h e ( a ) P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i - 6 4 — l B a l l o y s a t o = 4 5 0 M P a a n d f o r t h e ( b ) P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t o = 5 5 0 M P a i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h t e m p e r a t u r e . T h e a p p a r e n t c r e e p a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 F i g u r e 4 . 6 7 . D i s p l a c e m e n t v e r s u s t i m e c u r v e f o r t h e i n - s i t u t e n s i l e - c r e e p e x p e r i m e n t f o r t h e T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e t e s t e d a t o = 4 5 0 M P a a n d T = 4 5 5 ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 8 F i g u r e 4 . 6 8 . B S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 4 - l B P M e x t r u d e d s a m p l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a . T h e d i s p l a c e m e n t s a r e i n d i c a t e d i n “ m m ” o n t h e s e i m a g e s . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . N o t e t h a t t h e o r + B i n t e r f a c e w a s n o t s l i d i n g a s s e e n b y t r a c k i n g t h e fi d u c i a l s c r a t c h i n t h e fi g u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 F i g u r e 4 . 6 9 . B S E S E M i m a g e s f o r a P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B s a m p l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a . T h e d i s p l a c e m e n t s a r e i n d i c a t e d i n “ m m ” o n t h e s e i m a g e s . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . N o t e t h a t t h e T i B w h i s k e r o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e t e n s i l e a x i s d i d n o t e x h i b i t c r a c k i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 5 F i g u r e 4 . 7 0 . B S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a . T h e c r e e p d i s p l a c e m e n t s a r e i n d i c a t e d i n “ m m ” o n t h e s e i m a g e s . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 F i g u r e 4 . 7 1 . L o w e r - m a g n i fi c a t i o n B S E S E M i m a g e f o r t h e T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e d e p i c t e d i n F i g u r e 4 8 a f t e r t h e t e s t w a s c o m p l e t e d . ( a ) T a k e n f r o m t h e e d g e o f t h e s a m p l e i n c l u d i n g t h e t h i c k n e s s s e c t i o n a t 1 . 3 2 3 m m d i s p l a c e m e n t . ( b ) 2 5 0 x t a k e n o f s a m e a r e a a s i n a b o v e fi g u r e a t 1 . 3 2 1 m m d i s p l a c e m e n t ( c ) 5 0 0 x t a k e n o f s a m e a r e a a s i n a b o v e fi g u r e a t 1 . 3 2 1 m m d i s p l a c e m e n t T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ‘ . . . . . . 2 5 9 F i g u r e 4 . 7 2 . B S E S E M i m a g e s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e ( f a c e ) w h i c h e x h i b i t e d 5 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / c = 4 0 0 M P a ( T h e l o a d i n g d i r e c t i o n w a s t h e s a m e a s t h e T i B o r i e n t a t i o n ) a n d ( b ) r o l l e d p l a t e s a m p l e a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / o ' = 4 5 0 M P a ( T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n ) . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . . . . . . . . . . . 2 6 2 x x i i F i g u r e 4 . 7 3 . L o g 8 m i n v e r s u s l o g 0 ' p l o t a t ( a ) T = 5 1 0 ° C a n d ( b ) T = 5 6 5 ° C i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h s t r e s s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t ( n ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 5 F i g u r e 4 . 7 4 . L n 5 m i n v e r s u s 1 0 0 0 0 / T c u r v e f o r t h e a s - c a s t s a m p l e s a t o = 5 5 0 M P a i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h t e m p e r a t u r e . T h e c r e e p a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 F i g u r e 4 . 7 5 . B S E S E M i m a g e s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) a T i - 6 2 4 2 S - 1 B s a m p l e w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 7 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a l o a d - j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 1 0 ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 - 5 5 0 M P a a n d ( b ) a T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 4 B s a m p l e w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 4 . 0 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a l o a d - j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 1 0 ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 - 5 5 0 M P a . T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 7 F i g u r e 4 . 7 6 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s i n d i c a t i n g e n v i r o m n e n t a l l y - a f f e c t e d s e c o n d a r y c r a c k s a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s f o r ( a ) T i - 6 2 4 Z S - 0 . I B w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 4 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a t e m p e r a t u r e - j u m p c r e e p t e s t a t T = 4 7 5 - 5 0 0 ° C / o = 5 5 0 M P a a n d ( b ) T i - 6 2 4 2 S w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 4 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a l o a d - j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 1 0 ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 M P a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 8 F i g u r e 4 . 7 7 . B S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 Z S - 1 B s a m p l e t e s t e d a t T = 5 6 5 ° C . T h e c r e e p d i s p l a c e m e n t s w e r e ( a ) 0 . 4 3 4 m m ( b ) 0 . 5 2 3 m m ( c ) 0 . 5 4 9 m m ( d ) 0 . 5 7 2 m m ( c ) 0 . 6 1 7 m m . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e s t r e s s w a s i n c r e a s e d f r o m 3 1 0 M P a t o 7 1 0 M P a a t p e r i o d i c i n t e r v a l s d u r i n g t h e t e s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 0 F i g u r e 4 . 7 8 . S E S E M i m a g e o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e i n - s i t u c r e e p t e s t e d s a m p l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 4 F i g u r e 5 . 1 . ( 0 0 0 2 ) / ( 1 0 - 1 0 ) p e a k r a t i o v s . B c o n t e n t f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . T h e d e c r e a s e o f t h i s r a t i o i n d i c a t e s t h e w e a k e n i n g o f t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 F i g u r e 5 . 2 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d a - c o l o n y s i z e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 7 F i g u r e 5 . 3 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d o r c o l o n y s i z e o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 9 F i g u r e 5 . 4 . C o m p a r i s o n o f o r l a t h w i d t h b e t w e e n a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s : ( a ) a — l a t h w i d t h v e r s u s B - c o n t e n t , ( b ) B S E S E M i m a g e o f a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y , a n d ( c ) B S E S E M i m a g e o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 0 x x i i i F i g u r e 5 . 5 . M o d u l u s o f E l a s t i c i t y ( E ) o f o r - T i s i n g l e c r y s t a l s a s a f u n c t i o n o f d e c l i n a t i o n a n g l e . [ Z a r k a d e s ( 1 9 7 0 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 2 F i g u r e 5 . 6 . ( a ) U T S d i f f e r e n c e a n d ( b ) Y S d i f f e r e n c e b e t w e e n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a t b o t h R T a n d 4 5 5 ° C . T h e t r e n d i n d i c a t e s t h e w e a k e n i n g o f t e n s i l e a n i s o t r o p y d u e t o B a d d i t i o n . . . . . 2 9 7 F i g u r e 5 . 7 . S E S E M i m a g e s o f a P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y t e s t e d i n t r a n s v e r s e d i r e c t i o n . ( a ) L o w m a g n i fi c a t i o n i m a g e , a n d ( b ) h i g h m a g n i fi c a t i o n i m a g e . I m a g e s w e r e t a k e n c l o s e t o t h e f r a c t u r e s u r f a c e . N o t i c e t h a t t h e T i B p h a s e c r a c k e d e x t e n s i v e l y b u t t h e r e w a s n o d e b o n d i n g b e t w e e n T i B a n d T i - 6 4 m a t r i x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 F i g u r e 5 . 8 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d o r c o l o n y s i z e o f a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 F i g u r e 5 . 9 . T E M b r i g h t fi e l d i m a g e o f a f a t i g u e - t e s t e d a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( N t = 1 4 , 1 2 0 c y c l e s , o m a x = 4 5 0 M P a ) . ( a ) G r a i n b o u n d a r y a r e a ( T i B p h a s e c a n b e s e e n ) , ( b ) H i g h e r m a g n i fi c a t i o n i m a g e i n t h e s o l i d r e c t a n g l e o f ( a ) , a l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s c a n b e s e e n , a n d ( c ) H i g h e r m a g n i fi c a t i o n i m a g e i n t h e b r o k e n r e c t a n g l e o f ( a ) , d i s l o c a t i o n s p i l e d u p a t t h e g r a i n b o u n d a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 F i g u r e 5 . 1 0 . T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f C R S S f o r s l i p w i t h ‘ a ’ a n d ‘ c + a ’ v e c t o r s i n s i n g l e c r y s t a l s o f T i - 6 . 6 A l . [ P a t o n ( 1 9 7 6 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 9 F i g u r e 5 . 1 1 . T E M b r i g h t fi e l d i m a g e o f a f a t i g u e - t e s t e d P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l o n ( N € 1 2 , 9 9 8 c y c l e s , G m a x = 6 0 0 M P a ) . L a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s w e r e t r a p p e d b e t w e e n t w o T i B w h i s k e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 F i g u r e 5 . 1 2 . T y p i c a l R T f a t i g u e d a t a f o r T i - 6 4 a l l o y w i t h d i f f e r e n t p r o c e s s i n g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 F i g u r e 5 . 1 3 . C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s o f t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y o f d i f f e r e n t p r o c e s s i n g . ( a ) A t T = 4 5 5 ° C , 0 : 4 0 0 M P a , a n d ( b ) a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 1 F i g u r e 5 . 1 4 . C r e e p s t r a i n ( l a b e l e d a s P l a s t i c S t r a i n i n t h e fi g u r e ) a f t e r 1 0 0 h r s a s a f u n c t i o n o f o r g r a i n s i z e o f f u l l y e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e s o f T i - 6 4 ( fi n a l a g i n g t r e a t m e n t : 2 4 h r s a t 5 0 0 ° C ) . [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 2 F i g u r e 5 . 1 5 . L o g 8 m i n v e r s u s l o g 0 ' p l o t a t ( a ) T = 5 1 0 ° C a n d ( b ) T = 5 6 5 ° C i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h s t r e s s f o r t h e T i - 6 2 4 Z S - 1 . 0 B a l l o y a n d h i g h - a n d l o w - n i c k e l c o n t a i n i n g T i - 6 2 4 2 S a l l o y s t a k e n f r o m r e f e r e n c e . * [ H a y e s ( 2 0 0 2 ) ] . . . . . 3 2 6 x x i v u d i l l ] : F i g u f o r t i n c l t 0 : ! F i g . 1 : 6 4 - 1 } l a b - z i t F i g u r e 5 . 1 6 . F a t i g u e c r e e p c u r v e a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 - 4 0 M P a ( r e d ) c o m p a r e d w i t h t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a ( b l u e ) f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . l B a l l o y . ( T h e N f v a l u e o f t h e f a t i g u e t e s t e d s a m p l e w a s 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s . ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 8 F i g u r e 5 . 1 7 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s ( r e d ) c o m p a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l c r e e p c u r v e s ( b l u e ) f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C : ( a ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N 5 8 4 0 , 4 4 4 c y c l e s ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a f o r T i - 6 4 a l l o y , ( b ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N = 2 , 1 1 2 , 3 6 5 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e . ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a f o r T i - 6 4 - 0 . l B a l l o y , a n d ( c ) f a t i g u e t e s t a t 4 0 0 - 4 0 M P a ( N = 2 , 0 3 3 , 1 3 6 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e . ) v e r s u s c r e e p t e s t a t 4 0 0 M P a f o r T i - 6 4 - l B a l l o y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 0 F i g u r e 5 . 1 8 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s ( r e d ) c o m p a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l c r e e p c u r v e s ( b l u e ) f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t 4 5 5 ° C : ( a ) f a t i g u e t e s t a t 4 0 0 - 4 0 M P a ( N = 1 , 2 6 0 , 7 2 5 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e ) v e r s u s c r e e p t e s t a t 4 0 0 M P a , a n d ( b ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N = 1 , 3 2 5 , 9 1 6 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e . ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 2 F i g u r e 5 . 1 9 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s a t 4 5 5 ° C a t d i f f e r e n t s t r e s s l e v e l s f o r ( a ) P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , a n d ( b ) P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . M i n i m u m f a t i g u e c r e e p r a t e s a r e l a b e l e d n e x t t o t h e c o r r e s p o n d i n g c u r v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 X X V i t ; 3 5 0 3 1 6 1 I t . 4 g . 3 “ ? ? ? C H A P T E R 1 P R O B L E M F O R M U L A T I O N A N D R E S E A R C H O B J E C T I V E S A . R a t i o n a l e T i t a n i u m ( T i ) a n d T i a l l o y s h a v e b e e n w i d e l y u s e d i n t h e a e r o s p a c e i n d u s t r y d u e t o t h e i r h i g h s p e c i fi c s t r e n g t h a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e . T h e a e r o s p a c e i n d u s t r y h a s d e v e l o p e d a s e r i e s o f c h e m i c a l a n d t h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g r o u t e s t o t a i l o r t h e T i a l l o y s t o a r r i v e a t d e s i r a b l e c o m b i n a t i o n s o f d e n s i t y , s t r e n g t h , f a t i g u e a n d c r e e p r e s i s t a n c e . T h e y h a v e b e e n u s e d a s a i r c r a f t f u s e l a g e s , w i n g s , m i s s i l e b o d i e s e t c . d u e t o t h e h i g h p a y o f f f o r w e i g h t r e d u c t i o n i n t h e a e r o s p a c e i n d u s t r y . W e i g h t r e d u c t i o n i s e v e n m o r e i m p o r t a n t i n g a s t u r b i n e e n g i n e s t h a n a i r f r a m e s e s p e c i a l l y f o r r o t a t i n g c o m p o n e n t s b e c a u s e o f t h e c e n t r i f u g a l f o r c e s a n d t h e c a s c a d i n g e f f e c t s . C u r r e n t l y , T i a l l o y s c o m p o s e a b o u t o n e t h i r d t h e s t r u c t u r a l w e i g h t o f m o d e r n t u r b i n e e n g i n e s . F i g u r e 1 . 1 i l l u s t r a t e s t h e m e t a l s c o m m o n l y u s e d i n a t u r b o f a n e n g i n e . F i g u r e 1 . 1 . M e t a l s u s e d i n a t y p i c a l t u r b o f a n e n g i n e . T i a l l o y s a r e i n b l u e , n i c k e l - b a s e d s u p e r a l l o y s a r e i n r e d , a n d s t e e l s a r e i n y e l l o w . [ T r e n t 8 0 0 E n g i n e , R o l l s - R o y c e P l c l ] T h e w o r k i n g t e m p e r a t u r e o f t h e t u r b i n e b l a d e s i n g a s t u r b i n e e n g i n e s r a n g e s f r o m 6 5 0 ° C t o 1 0 0 ° C a n d t h e t e m p e r a t u r e p r o fi l e a s w e l l a s t h e p r e s s u r e p r o fi l e i s s h o w n i n F i g u r e 1 . 2 . T h e l o n g i t u d i n a l s t r e s s e s i n t h e t u r b i n e b l a d e s a r e a b o u t 1 4 0 M P a b u t t h e b l a d e r o o t e x p e r i e n c e s h i g h t e n s i l e s t r e s s ( 2 8 0 - 5 6 0 M P a ) [ R e e d - H i l l a n d A b b a s c h i a n ( 1 9 9 4 ) ] . T h e w o r k i n g c o n d i t i o n s r e q u i r e t h e t u r b i n e e n g i n e m a t e r i a l s t o n o t o n l y w i t h s t a n d h i g h t e m p e r a t u r e b u t a l s o p o s s e s s s u f fi c i e n t f a t i g u e a n d c r e e p r e s i s t a n c e . C o m b u s t i o n c h a m b e r F a n H P C ' ‘ L P T I P T l _ p O H P T , ~ 1 4 0 0 - 1 5 0 0 T e m p e r a t u r e / ° C P r e s s u r e I a l m F i g u r e 1 . 2 . R o l l s - R o y c e T r e n t 8 0 0 J e t E n g i n e d i s p l a y i n g t h e p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e p r o fi l e s a l o n g t h e e n g i n e . ( L P C - l o w p r e s s u r e c o m p r e s s o r , H P C - h i g h p r e s s u r e c o m p r e s s o r , H P T - h i g h p r e s s u r e t u r b i n e , I P T - i n t e r m e d i a t e p r e s s u r e t u r b i n e , a n d L P T - l o w p r e s s u r e t u r b i n e . ) F i g u r e 1 . 3 i s a d i a g r a m o f a t w i n - s p o o l c o m p r e s s o r i n w h i c h t h e l o w - p r e s s u r e c o m p r e s s o r i s t y p i c a l l y m a d e o f T i - 6 4 a l l o y a n d t h e h i g h - p r e s s u r e c o m p r e s s o r i s t y p i c a l l y m a d e o f T i - 6 2 4 Z S a l l o y o r I M I 8 3 4 ( T i - 5 . 8 A 1 - 4 S n - 3 . 5 Z r - O . 7 N b - O . 5 M o - 0 . 3 S S i - 0 . 0 6 C ) w h i c h c a n w i t h s t a n d h i g h e r t e m p e r a t u r e t h a n t h e T i - 6 4 a l l o y . W i t h t h e d e v e l o p m e n t o f m o d e r n j e t e n g i n e s , t h e i n d u s t r y d e m a n d s h i g h e r e n g i n e w o r k i n g t e m p e r a t u r e s i n o r d e r t o e n h a n c e t h e f u e l e f f i c i e n c y a n d d e c r e a s e p o l l u t i o n g e n e r a t i o n . F o r e x a m p l e , a s i n g l e W 5 0 1 G p o w e r g e n e r a t i n g g a s t u r b i n e ( S i e m e n s W e s t i n g h o u s e P o w e r C o r p . ) w o u l d b e e x p e c t e d t o e x h i b i t a 0 . 7 % i n c r e a s e i n e f fi c i e n c y w h e n t h e e n g i n e w o r k i n g t e m p e r a t u r e i s i n c r e a s e d b y 5 0 ° C . T h i s i n c r e a s e d e f fi c i e n c y t r a n s l a t e s i n t o ~ $ 3 0 0 , 0 0 0 / y e a r s a v i n g s fi o m r e d u c e d f u e l c o n s u m p t i o n a n d ~ $ 6 5 , 0 0 0 / y e a r s a v i n g s f r o m r e d u c e d e m i s s i o n s [ P r a t t a n d W h i t n e y p r i v a t e c o m m u n i c a t i o n ( 2 0 0 3 ) ] . S i m i l a r e f f e c t s w o u l d a l s o b e e x p e c t e d i n a e r o s p a c e g a s t u r b i n e e n g i n e s . T h e r e f o r e , t o w i t h s t a n d h i g h e r t e m p e r a t u r e , t h e s e T i a l l o y s u s e d a s c o m p r e s s o r b l a d e s a n d w h e e l s n e e d t o b e s t r e n g t h e n e d . T h e m o s t i m p o r t a n t m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s t h a t n e e d t o b e e n h a n c e d a r e t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e f a t i g u e a n d c r e e p r e s i s t a n c e . _ L P C H P C H P S h a f t - . m $ 2 " I \ ‘ \ ' l ‘ b . , ‘ ” I t : ' l " I ) ! “ I n t i / “ c f ; I g l l \ ‘ 1 ‘ ’ . . — I “ r “ * % . . 3 , . x ‘ fi a l ‘ r g _ ' t u r f ? “ 1 : ; ‘ 9 L P S h a f t “ ’ 4 E ’ ' ‘ - r ‘ ~ H r t ‘ m F i g u r e 1 . 3 . A d i a g r a m s h o w i n g t h e s t r u c t u r e o f a t w i n - s p o o l c o m p r e s s o r . I ' l h e J e t E n g i n e , T e c h n i c a l P u b l i c a t i o n s D e p a r t m e n t , R o l l s - R o y c e p l c , D e r b y , E n g l a n d , 1 9 9 6 ] C o n v e n t i o n a l T i a l l o y s c o n t a i n i n g s m a l l a d d i t i o n s o f b o r o n ( B ) h a v e b e e n g a i n i n g c o n s i d e r a b l e i n t e r e s t i n r e c e n t y e a r s d u e t o t h e i r a t t r a c t i v e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s i n c l u d i n g h i g h r o o m - t e m p e r a t u r e ( R T ) s p e c i fi c s t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s m o d u l u s ( E ) a l o n g w i t h r e a s o n a b l e e l o n g a t i o n - t o - f a i l u r e ( 8 f ) [ S a i t o ( 2 0 0 4 ) , R a v i C h a n d r a n ( 2 0 0 4 ) , T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) , S e n ( 2 0 0 7 ) ] . T h e s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d E v a l u e s i n B - m o d i fi e d T i a l l o y s a r i s e f r o m t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B p h a s e t h a t p r e c i p i t a t e s i n - s i t u d u r i n g s o l i d i fi c a t i o n [ P a n d a ( 2 0 0 6 ) , T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , L u ( 2 0 0 1 ) ] . D u e t o t h e s i m i l a r i t y o f t h e t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f fi c i e n t s ( 8 . 6 x 1 0 ' 6 / ° C f o r T i a n d 7 . 5 x 1 0 ' 6 / ° C f o r T i B [ R a v i C h a n d r a n ( 2 0 0 4 ) ] ) , p r o c e s s i n g o f s u c h a l l o y s i s l e s s c h a l l e n g i n g t h a n f o r o t h e r C e r a m i c - r e i n f o r c e d a l l o y s . I n a d d i t i o n , r e c e n t w o r k h a s s h o w n t h a t t h e a d d i t i o n o f t r a c e a m o u n t s ( ~ 0 . 1 w t . % ) o f B t o T i - 6 4 , T i — 6 2 4 2 8 , T i - 5 5 5 3 , a n d T i m e t a l 2 1 5 , s i g n i fi c a n t l y d e c r e a s e s t h e a s - c a s t g r a i n s i z e [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) , C h e r u k u r i ( 2 0 0 9 ) ] . T h i s d r a s t i c r e d u c t i o n i n t h e a s - c a s t g r a i n s i z e l e a d s t o s i g n i fi c a n t b e n e fi t s i n c l u d i n g i n c r e a s i n g y i e l d s t r e n g t h w h i l e r e d u c i n g o r a v o i d i n g t i m e s p e n t o n e x p e n s i v e a n d e n e r g y - i n t e n s i v e t h e r r n o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g . S m a l l B a d d i t i o n s d o n o t r e s u l t i n s i g n i fi c a n t d e n s i t y c h a n g e s , b u t e v e n s o , t h e h i g h e r s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f B - m o d i fi e d T i a l l o y s p r o v i d e s i m p o r t a n t i n c r e a s e s i n s p e c i fi c s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h e a f o r e m e n t i o n e d s t u d i e s o n B - m o d i fi e d T i a l l o y s s h o w t h a t d r a m a t i c m i c r o s t r u c t u r a l a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t y a l t e r a t i o n s a r e p o s s i b l e t h r o u g h r e l a t i v e l y s m a l l B a d d i t i o n s . A l t h o u g h B - m o d i fi e d T i a l l o y s a r e c u r r e n t l y u s e d f o r v a r i o u s a m b i e n t - t e m p e r a t u r e c o m m e r c i a l a p p l i c a t i o n s ( e . g . e x h a u s t v a l v e s o f a u t o m o t i v e e n g i n e s , s e e F i g u r e 1 . 4 ) [ S a i t o ( 2 0 0 4 ) ] , u n d e r s t a n d i n g t h e m e c h a n i s m s o f d e f o r m a t i o n a n d f r a c t u r e i s n e c e s s a r y t o c o n s i d e r t h e s e m a t e r i a l s f o r f r a c t u r e - c r i t i c a l a p p l i c a t i o n s ( e . g . a e r o s p a c e ) e s p e c i a l l y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e . T h i s t h e s i s f o c u s e d e x c l u s i v e l y o n B - m o d i fi e d T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s s i n c e t h e s e a l l o y s a r e t h e b a c k b o n e o f t h e T i i n d u s t r y e s p e c i a l l y f o r a e r o s p a c e a p p l i c a t i o n s ( g a s t u r b i n e e n g i n e b l a d e s a n d d i s k s ) . T o y o t a A l t e z z a l I n t a k e E x a u s t ( b ) F i g u r e 1 . 4 . ( a ) T h e fi r s t f a m i l y c a r ( T o y o t a A l t e z z a ) t o f e a t u r e a T i / T i B v a l v e a n d ( b ) t h e a p p e a r a n c e o f t h e d e v e l o p e d v a l v e s . B . R e s e a r c h O b j e c t i v e s T h e d e t a i l e d a i m s o f t h i s s t u d y f o l l o w : M i c r o s t r u c t u r e ( 1 ) T o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t o f B a d d i t i o n s o n t h e m i c r o s t r u c t u r e e v o l u t i o n o f a s - c a s t T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 2 8 a l l o y s . ( 2 ) T o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t o f p r o c e s s i n g ( e x t r u d i n g , r o l l i n g ) o n t h e m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s s u c h a s g r a i n s i z e , a - c o l o n y s i z e , a n d o r - p h a s e m o r p h o l o g y . ( 3 ) T o e v a l u a t e t h e f e a s i b i l i t y o f u s i n g p o w d e r m e t a l l u r g y f o r p r o c e s s i n g B - m o d i fi e d T i - 6 4 a l l o y s a n d c o m p a r e t h e m i c r o s t r u c t u r e s o f p o w d e r m e t a l l u r g y p r o c e s s e d a n d i n g o t m e t a l l u r g y p r o c e s s e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . ( 4 ) T o q u a n t i f y t h e m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s o f t h e s t u d i e d a l l o y s , s u c h a s g r a i n s i z e , p h a s e v o l u m e f r a c t i o n , o r c o l o n y s i z e , a n d l a t h w i d t h i n o r d e r t o o b t a i n a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e p o s s i b l e i n fl u e n c e o f m i c r o s t r u c t u r e o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s . ( 5 ) T o d e t e r m i n e t h e t e x t u r e o f T i - 6 4 - x B a l l o y s u n d e r d i f f e r e n t p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s u s i n g E l e c t r o n B a c k s e a t t e r D i f f r a c t i o n ( E B S D ) a n d X - r a y D i f fi ' a c t i o n ( X R D ) , i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e e f f e c t o f t e x t u r e o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s . T e n s i l e B e h a v i o r ( 1 ) T o o b t a i n t h e R T a n d e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e ( 4 0 0 ° C , 4 5 5 ° C , 5 1 0 ° C , 5 6 5 ° C ) t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h e s t u d i e d a l l o y s , t o a s s i s t i n t h e d e v e l o p m e n t o f p r o c e s s i n g - m i c r o s t r u c t u r e - t e n s i l e r e l a t i o n s h i p s . ( 2 ) T o o b t a i n t h e R T a n d e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n o f t h e e x t r u d e d a n d r o l l e d T i - 6 4 - x B a l l o y s i n o r d e r t o v e r i f y i f t h e t e x t u r e r e s u l t e d i n t e n s i l e a n i s o t r o p y i n t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s . ( 3 ) T o q u a n t i f y t h e e f f e c t o f o r - p h a s e t e x t u r e a n d T i B - p h a s e t e x t u r e o n t h e Y o u n g ’ s m o d u l u s o f e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . ( 4 ) T o t r a c k t h e t e n s i l e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n o f t h e T i B , o r a n d B p h a s e s t h r o u g h i n - s i t u t e n s i l e e x p e r i m e n t s i n s i d e a n S E M . ( 5 ) T o c h o o s e t h e s t r e s s l e v e l s f o r t h e f a t i g u e a n d c r e e p t e s t s b a s e d o n t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h e s t u d i e d a l l o y s . F a t i g u e B e h a v i o r ( 1 ) T o o b t a i n t h e f a t i g u e S - N d a t a a t 4 5 5 ° C a n d s t r e s s r a n g e o f 2 5 0 — 7 0 0 M P a ( R = 0 . 1 ) f o r T i - 6 4 - x B a l l o y s , a n d 3 0 0 — 5 0 0 M P a ( R = 0 . 1 ) f o r T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . ( 2 ) T o e v a l u a t e t h e e f f e c t o f B a d d i t i o n a n d p r o c e s s i n g o n t h e f a t i g u e b e h a v i o r o f T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s t o a s s i s t i n t h e d e v e l o p m e n t o f p r o c e s s i n g - m i c r o s t r u c t u r e - f a t i g u e r e l a t i o n s h i p s . ( 3 ) T o c h a r a c t e r i z e t h e f a t i g u e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n a n d t h e f a t i g u e c r a c k g r t h d u r i n g t h e f a t i g u e e x p e r i m e n t s b y p e r f o r m i n g i n - s i t u f a t i g u e t e s t s i n a n S E M . ( 4 ) T o e v a l u a t e t h e Y o u n g ’ s m o d u l u s c h a n g e d u r i n g f a t i g u e t e s t s b y p l o t t i n g t h e s t r e s s - s t r a i n h y s t e r e s i s a t c e r t a i n c y c l e n u m b e r s . T h i s w a s u s e d t o c o r r e l a t e t h e s t r e s s - s t r a i n h y s t e r e s i s w i t h T i B - p h a s e c r a c k i n g . ( 5 ) T o e v a l u a t e a n d c o m p a r e t h e e n d u r a n c e l i m i t ( E L ) f o r T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 2 8 - x B a n d e v a l u a t e t h e r a t i o E L t o U T S . C r I a l i g C r e e p B e h a v i o r ( 1 ) T o d e t e r m i n e t h e c r e e p s t r a i n d e p e n d e n c y o n t e m p e r a t u r e a n d s t r e s s o v e r t h e t e m p e r a t u r e r a n g e o f 4 0 0 — 4 5 5 ° C a n d s t r e s s r a n g e o f 4 0 0 — 6 0 0 M P a f o r t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s , w h i c h u n d e r w e n t d i f f e r e n t p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s . ( 2 ) T o d e t e r m i n e c r e e p s t r a i n d e p e n d e n c y o n t e m p e r a t u r e a n d s t r e s s o v e r t h e t e m p e r a t u r e r a n g e o f 4 5 5 — 5 6 5 ° C a n d s t r e s s r a n g e o f 1 3 8 — 6 0 0 M P a o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s . ( 3 ) T o o b t a i n t h e s t e a d y - s t a t e c r e e p r a t e a t d i f f e r e n t t e s t i n g c o n d i t i o n s i n o r d e r t o c o m p a r e t h e s e v a l u e s t o t h o s e f o u n d i n l i t e r a t u r e f o r s i m i l a r a l l o y s . T h e s e v a l u e s w e r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s a n d a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g i e s . ( 4 ) T o c h a r a c t e r i z e t h e c r e e p d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n b y p e r f o r m i n g i n - s i t u c r e e p t e s t s i n a n S E M . ( 5 ) T o e v a l u a t e t h e d o m i n a n t s e c o n d a r y c r e e p m e c h a n i s m s b y e v a l u a t i n g t h e d e f o r m a t i o n b e h a v i o r a n d t h e s t e a d y - s t a t e c r e e p r a t e v e r s u s s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e . F a t i g u e - C r e e p I n t e r a c t i o n ( 1 ) T o e v a l u a t e t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e t o t a l f a t i g u e s t r a i n t h a t c o u l d b e a t t r i b u t e d t o c r e e p f o r t h e f a t i g u e t e s t e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a m p l e s . ( 2 ) T o u n d e r s t a n d t h e f a t i g u e - f a c i l i t a t e d c r e e p p r o c e s s d u r i n g t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e f a t i g u e t e s t s . T h i s w a s d o n e b y c o m p a r i n g t h e c r e e p s t r a i n r a t e d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s t o t h e c r e e p s t r a i n r a t e d u r i n g t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t s . C . E x p e c t e d O u t c o m e s i n T h i s D i s s e r t a t i o n I n o r d e r t o s e t u p t h e b a s i s a n d r e l e v a n c e o f t h i s w o r k , l w o u l d l i k e t o p u t f o r w a r d s o m e o f t h e s o m e o f t h e e x p e c t e d o u t c o m e s . N o n e o f t h e f o l l o w i n g e x p e c t e d o u t c o m e s w e r e e v i d e n t i n t h e l i t e r a t u r e a t t h e t i m e t h i s d i s s e r t a t i o n w o r k w a s i n i t i a t e d b a c k i n t h e f a l l o f 2 0 0 6 w h e n I s t a r t e d g r a d u a t e s c h o o l a t M S U : ( 1 ) B w i l l i n c r e a s e t h e s t r e n g t h o f T i - 6 4 a l l o y w h e r e i n c r e a s e B i n c r e a s e s E v a l u e a n d U T S b u t d e c r e a s e s 8 f . ( 2 ) C o m p a r i n g w i t h a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s , w r o u g h t T i - 6 4 - x B a l l o y s w o u l d e x h i b i t g r e a t e r f a t i g u e l i v e s . ( 3 ) P M p r o c e s s e d a l l o y s e x h i b i t g r e a t e r f a t i g u e l i v e s t h a n a s - c a s t o r c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . ( 4 ) B - m o d i fi e d a s - c a s t T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s w o u l d e x h i b i t b e t t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e t h a n t h e b a s e l i n e T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s . C H A P T E R 2 B A C K G R O U N D A N D L I T E R A T U R E R E V I E W A . F u n d a m e n t a l s o f T i a n d T i - B A l l o y s 1 . H i s t o r y o f T i A l l o y s T i t a n i u m ( T i ) r a n k s a s t h e 9 t h m o s t p l e n t i f u l e l e m e n t a n d t h e 4 t h m o s t a b u n d a n t s t r u c t u r a l e l e m e n t i n t h e e a r t h ’ s c r u s t [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . T h e n a m e “ t i t a n i u m ” c a m e f r o m t h e T i t a n s , c h i l d r e n o f U r a n o s a n d G a i a i n G r e e k m y t h o l o g y . T h i s n a m e w a s g i v e n i n 1 7 9 5 b y M a r t i n H . K l a p r o t h , w h o i s o l a t e d T i o x i d e f r o m a m i n e r a l n o w k n o w n a s “ r u t i l e ” [ P r i o r a n d Z a m b o n i n i ( 1 9 0 8 ) ] . A c t u a l l y , T i o x i d e w a s d i s c o v e r e d f o u r y e a r s e a r l i e r b y W i l l i a m G r e g o r , b u t h e n a m e d i t “ m e c h a n i t e ” . I t t o o k m o r e t h a n 1 0 0 y e a r s t o i s o l a t e t h e m e t a l T i f r o m o r e , s i m i l a r t o t h e f a t e o f t h e T i t a n s w h o w e r e h e l d i n c a p t i v i t y i n t h e e a r t h ’ s c r u s t b y t h e i r f a t h e r [ W e s t ( 1 9 7 1 ) ] . I I n t h e c o m m e r c i a l p r o d u c t i o n o f T i m e t a l , r u t i l e i s fi r s t c h l o r i n a t e d i n t h e p r e s e n c e 0 f c o k e o r a n o t h e r f o r m o f c a r b o n : T i O z + 2 C 1 2 + 2 C - ) T i C 1 4 + 2 C 0 ( 2 . 1 ) T h e n t h e m e t a l T i i s e x t r a c t e d f r o m T i C l 4 ( “ t i c k l e ” ) a n d r e d u c e d t o T i s p o n g e F 1 3 i n g M g ( K r o l l p r o c e s s [ n a m e d a f t e r W i l h e l m J . K r o l l ] ) o r N a ( H u n t e r p r o c e s s [ n a m e d a f t e r M a t t h e w A . H u n t e r ] ) . T o d a y , t h e K r o l l p r o c e s s i s t h e m o s t w i d e l y u s e d m e t h o d f o r p r o d u c i n g T i . T h e b a s i c r e a c t i o n o f K r o l l p r o c e s s i s 2 M g + T i C l 4 9 T i + 2 M g C 1 2 ( 2 . 2 ) 1 0 f o r ? C i t . a r c h , “ V : 0 : 1 5 . D i r a c I 4 i s b 9 . : 3 m e [ P e t e r s T h e T i s p o n g e i s t h e n v a c u u m d i s t i l l e d , s w e p t w i t h a n i n e r t g a s , o r a c i d l e a c h e d t o r e d u c e t h e r e m n a n t s a l t c o n t e n t [ F r o e s ( 2 0 0 4 ) ] . I S t i m u l a t e d b y t h e r e c o g n i t i o n o f t h e a l u m i n u m ( A l ) a d d i t i o n s f o r s t r e n g t h e n i n g , t h e d e v e l o p m e n t o f T i a l l o y s p r o g r e s s e d r a p i d l y a f t e r W o r l d W a r H a n d t h e y b e c a m e k e y m a t e r i a l s f o r a i r c r a f t e n g i n e s . I n f a c t , t o d a y t w o - t h i r d s o f a l l t h e T i m e t a l p r o d u c e d i s u s e d i n a i r c r a f t e n g i n e s a n d f r a m e s [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] d u e t o i t s h i g h s p e c i fi c s t r e n g t h a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e . T h e w e i g h t p e r c e n t a g e o f T i a l l o y s i n m i l i t a r y a i r c r a f t f u s e l a g e s c a n e x c e e d 5 0 % . F o r t h e S R - 7 1 “ B l a c k b i r d ” r e c o n n a i s s a n c e a i r c r a f t , t h e w e i g h t p e r c e n t a g e o f T i a l l o y s i n t h e f u s e l a g e w a s 9 5 % [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . O t h e r i n d u s t r i e s , s u c h a s a r c h i t e c t u r e , c h e m i c a l p r o c e s s i n g , m e d i c i n e , p o w e r g e n e r a t i o n , s p o r t s , m a r i n e a n d o f f s h o r e , a n d t r a n s p o r t a t i o n a r e c u r r e n t l y w i t n e s s i n g a n i n c r e a s e d u s a g e o f T i [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . 2 . M e t a l l u r g y o f T i A l l o y s P u r e T i i s a l l o t r o p i c a n d h a s t w o s o l i d c r y s t a l l i n e s t a t e s : a l o w - t e m p e r a t u r e o r p h a s e , w h i c h i s h e x a g o n a l l y c l o s e p a c k e d ( H C P ) , a n d a h i g h - t e m p e r a t u r e B p h a s e , w h i c h i s b o d y - c e n t e r e d c u b i c ( B C C ) . F o r p u r e T i , t h e t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e ( B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e ) a t w h i c h t h i s c r y s t a l l o g r a p h i c p h a s e t r a n s f o r m a t i o n o c c u r s i s 8 8 2 i 2 ° C [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . T h e a l l o t r o p i c t r a n s f o r m a t i o n e n a b l e s t h e f o r m a t i o n o f T i a l l o y s c O n r p o s e d o f o r , B , a n d o r + B m i c r o s t r u c t u r e s . D i f f e r e n t a l l o y i n g e l e m e n t s c a n i n c r e a s e o r d e c r e a s e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e a n d t h u s s t a b i l i z e e i t h e r t h e o r o r B p h a s e s . E l e m e n t s S u c h a s A l , O , N , C , B e t c . a r e t y p i c a l o r s t a b i l i z e r s a n d V , Z r , N b , M o , F e , e t c . a r e t y p i c a l 3 S t a b i l i z e r s [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . l l \ l o t , “ 1 " } L L “ C 0 3 1 l i e d . [ 0 . ” t h T h e a r r a n g e m e n t , v o l u m e f r a c t i o n , s i z e s a n d i n d i v i d u a l p r o p e r t i e s o f t h e o r a n d B p h a s e s a r e t h e b a s i s f o r t h e v a r i e t y o f p r o p e r t i e s e x h i b i t e d b y T i a l l o y s . O n c e t h e c h e m i s t r y o f t h e T i a l l o y s i s s e l e c t e d , t h e m o d i fi c a t i o n o f t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s i s d o n e b y w o r k i n g t o t a i l o r t h e m i c r o s t r u c t u r e s u c h a s t h e s i z e , m o r p h o l o g y , a n d d i s p e r s i o n o f t h e o r a n d B p h a s e s . I n g e n e r a l , o r a l l o y s e x h i b i t b e t t e r c r e e p r e s i s t a n c e t h a n B a l l o y s d o s i n c e t h e d i f f u s i o n r a t e i n o r - T i i s m o r e t h a n t w o o r d e r s o f m a g n i t u d e l o w e r t h a n t h a t o f t h e B - T i [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . I n g e n e r a l , o r a l l o y s e x h i b i t s u p e r i o r w e l d a b i l i t y b u t i n f e r i o r f o r g e a b i l i t y c o m p a r e d w i t h a + B a n d B a l l o y s [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . T h e m a j o r o r a l l o y i s t h e c o m m e r c i a l l y p u r e a - T i w i t h d i f f e r e n t o x y g e n a n d i r o n c o n t e n t s [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . T h e c o m m o n l y u s e d B a l l o y s a r e a c t u a l l y a l l m e t a s t a b l e b e c a u s e s t a b l e B a l l o y s d o n o t e x i s t a s c o m m e r c i a l p r o d u c t s [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e s t r e n g t h s o f B a l l o y s c a n a c h i e v e v a l u e s h i g h e r t h a n 1 4 0 0 M P a t h r o u g h h e a t t r e a t m e n t , a n d t h e c o m p l e x m i c r o s t r u c t u r e o f B a l l o y s e n a b l e s d e s i g n e r s t o o p t i m i z e t h e m f o r b o t h h i g h s t r e n g t h a n d h i g h t o u g h n e s s [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . T i - 6 A l - 2 8 n - 4 Z r - 6 M o ( T i - 6 2 4 6 ) a n d T i - 5 A l - 2 S n - 2 Z r - 4 M o - 4 C r ( T i - 1 7 ) a r e t ‘ 3 ’ I ' D i c a l c o m m e r c i a l B a l l o y s . T h e o r + B a l l o y s s u p p o r t a m i x t u r e o f o r a n d B p h a s e s i n e q u i l i b r i u m a t R T a n d t h e y L 1 8 1 - 1 2 1 1 1 y c o n t a i n b o t h o r a n d B s t a b i l i z e r s [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . T h e t w o - p h a s e m i c r o s t r u c t u r e § a n p r o v i d e w e l l - b a l a n c e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d t h e a l l o y s g e n e r a l l y e x h i b i t g o o d f a l T ’ I ‘ i c a b i l i t y , h i g h R T s t r e n g t h a n d m o d e r a t e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e s t r e n g t h [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . A m o n g a l l t h e o r + B a l l o y s , t h e T i - 6 A l - 4 V ( T i - 6 4 ) i s t h e a l l o y m o s t p r e v a l e n t l y u s e d - I t i s t h e m o s t w i d e l y u s e d T i a l l o y a n d a c c o u n t s f o r m o r e t h a n 5 0 % o f a l l t h e T i 1 : ~ ( ) 1 ' 1 1 1 a g e i n t h e w o r l d [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . M o r e t h a n 8 0 % o f i t s u s a g e i s i n a e r o s p a c e i n d u s t r y [ B e y e r ( 1 9 9 4 ) ] . I t c a n b e r e a d i l y w e l d e d , f o r g e d a n d m a c h i n e d i n t o v a r i o u s f o r m s s u c h 1 2 n 5 i t " C 6 a s s h e e t , p l a t e , w i r e , a n d r o d . T i - 6 4 , a l o n g w i t h a n o t h e r o r + B a l l o y : T i - 6 A 1 - 2 8 n — 4 Z r — 2 M o - O . l S i ( T i - 6 2 4 2 8 ) , a r e t h e b a c k b o n e o f t h e T i i n d u s t r y , e s p e c i a l l y f o r a e r o s p a c e a p p l i c a t i o n s . I n a d d i t i o n , i n t e r r n e t a l l i c T i - A l a l l o y s o f f e r e n h a n c e d h i g h - t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s c o m p a r e d w i t h o r , B , a n d o r + B T i a l l o y s [ F r o e s ( 1 9 9 2 ) , F r o e s ( ' 1 9 9 4 ) ] . T h e y a r e a l s o l i g h t e r a s A l i s m u c h l i g h t e r t h a n T i a n d A l c o n s i s t o f u p t o 5 0 a t - % f o r t h e s e i n t e r m e t a l l i c s y s t e m s . T h e s e i n t e r r n e t a l l i c s h a v e t h e p o t e n t i a l t o r e p l a c e n i c k e l - b a s e d s u p e r a l l o y s c o m m o n l y u s e d i n g a s t u r b i n e e n g i n e s ( w o r k i n g t e m p e r a t u r e u p t o 9 0 0 ° C ) b a s e d o n t h e i r d e n s i t y - n o r m a l i z e d p r o p e r t i e s . T h e t w o T i - b a s e d i n t e r r n e t a l l i c s r e c e i v i n g t h e m o s t a t t e n t i o n h a v e b e e n t h e o r d e r e d H C P T i 3 A l ( ( 1 2 ) a l l o y s a n d t h e f a c e - c e n t e r e d t e t r a g o n a l T i A l ( y ) a l l o y s . H o w e v e r , t h e l a c k o f d u c t i l i t y o f t h e s e s t r u c t u r a l i n t e r m e t a l l i c s , d u e t o t h e l i m i t e d n u m b e r o f a c t i v e s l i p s y s t e m s , l i m i t s t h e i r a p p l i c a t i o n . ’ 3 - H i s t o r y o f T i — B a l l o y s T h e e a r l i e s t w o r k o n T i a l l o y e d w i t h B w a s c o n d u c t e d b y A r m o u r R e s e a r c h F o l l l ' l d a t i o n ( I I T ) i n t h e m i d 1 9 5 0 8 a n d b y R o y a l A i r c r a f t E s t a b l i s h m e n t i n t h e l a t e 1 9 5 0 3 . B W a s f o u n d t o b e h i g h l y e f f e c t i v e f o r i n c r e a s i n g t h e s t i f f n e s s o f T i a l l o y s ( 0 . 5 w t . % o f B a d d i t i o n h a s a n e f f e c t e q u i v a l e n t t o t h a t o f a d d i n g 6 . 5 w t % o f A l ) . H o w e v e r , t h e t h e T i - B a l l o y s w e r e n o t c o m m e r c i a l i z e d u n t i l t h e 1 9 8 0 3 . I n t h e é a r l y 1 9 8 0 5 , D y n a m e t T e c h n o l o g i e s , I n c . u s e d a p o w d e r m e t a l l u r g y p r o c e s s ( b l e n d e d I ) ( ) \ ’ V d e r a p p r o a c h w i t h c o l d a n d h o t i s o s t a t i c p r e s s i n g ) t o p r o d u c e a l l o y s w i t h d i S e c o n t i n u o u s r e i n f o r c e m e n t [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] . T i C w a s u s e d a s t h e r e i n f o r c e m e n t a n d T 1 3 a n d T i B z w e r e a l s o c o n s i d e r e d . T h e r e i n f o r c e d a l l o y s w e r e m a d e i n t o c o m m e r c i a l s 1 3 w - s ’ 1 [ r I s a H 8 1 . l l l l l ‘ v m i l l Y o u r S l i m H 3 1 f a t i g u e i n i t i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s , a n d p o o r t r a n s v e r s e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e s e p r o d u c t s s u c h a s s k a t e b l a d e s , s o f t b a l l b a t s , a n d a u t o m o t i v e v a l v e s [ A b k o w i t z ( 2 0 0 5 ) ] . D y n a m e t T e c h n o l o g i e s , I n c . c o n t i n u e d i t s r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t o n T i - B a l l o y s . T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e r e c e n t T i - B a l l o y u s i n g t h e c o l d a n d h o t i s o s t a t i c p r e s s i n g m e t h o d h a v e a c h i e v e d 8 9 6 M P a f o r Y S , 9 6 5 M P a f o r U T S , a n d 1 4 % f o r 8 f [ A b k o w i t z ( 2 0 0 5 ) ] . I n t h e m i d 1 9 9 0 3 , N A S A c o l l a b o r a t e d w i t h B o e i n g o n t h e H i g h S p e e d C i v i l T r a n s p o r t ( H S C T ) p r o j e c t . T h e g o a l o f t h i s p r o j e c t w a s t o i m p r o v e t h e a i r c r a f t s t r u c t u r a l e f fi c i e n c y b y d e v e l o p i n g a l l o y s w i t h g o o d d u r a b i l i t y , d u c t i l i t y a n d d a m a g e t o l e r a n c e [ S c h w e n d i m a n ( 2 0 0 7 ) ] . T i - B a l l o y s w e r e o n e o f t h e c a n d i d a t e a l l o y s . A s a p a r t o f t h e H S C T p r o j e c t , s e v e r a l T i - B a l l o y s ( a n d b a s e l i n e T i a l l o y s w i t h o u t B a d d i t i o n s ) w e r e c a s t i n t o 3 . 0 i n c h d i a m e t e r b i l l e t s a n d e x t r u d e d t o 0 . 7 5 i n c h d i a m e t e r f o r e v a l u a t i n g t h e i r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s . T h e B - m o d i fi e d T i a l l o y s s h o w e d a g r e a t e r t h a n 1 0 % i n c r e a s e i n Y o u n g ’ s m o d u l u s a n d s t r e n g t h a l o n g w i t h a d e c e n t 8 f v a l u e ( s e e T a b l e . 2 . 1 ) . F i g u r e 2 . 1 S h o w s t w o e x t r u s i o n s o f T i - 6 A l - 2 F e - 0 . 1 S i - 0 . 6 B ( T i - 6 Z S - 0 . 6 B ) a l l o y s d e v e l o p e d b y t h e H S C T p r o j e c t . H o w e v e r , t h e w o r k o n T i - B a l l o y s w a s d i s c o n t i n u e d d u e t o t h e p o o r e " i t l i ' l a d e d a l l o y s [ G o v e r n m e n t c o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 ] . 1 4 T a b l e 2 . 1 . M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f T i - B A l l o y s ( l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n ) f r o m H S C T P r o j e c t [ G o v e r n m e n t c o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 : H i g h S p e e d R e s e a r c h - A i r fi ' a m e T e c h n o l o g y R e p o r t ] E , Y S , M P a 1 1 1 1 2 4 1 1 2 8 2 F i g l l r e 2 . 1 . H i g h m o d u l u s T i - 6 Z S - 0 . 6 B e x t r u s i o n s m a n u f a c t u r e d d u r i n g t h e H S C T p r o j e c t . O v e r n m e n t c o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 : H i g h S p e e d R e s e a r c h - A i r f r a m e T e c h n o l o g y r e I > o r t 1 1 5 1 3 * T C l . W ‘ L u . 1 c a : T W N w W . . . I n t h e l a t e 1 9 9 0 3 , T o y o t a M o t o r C o r p . s u c c e e d e d , i n b e i n g t h e fi r s t m a s s p r o d u c t i o n a u t o m o b i l e m a n u f a c t u r e r t o a p p l y T i - B a l l o y s i n e n g i n e c o m p o n e n t s ( s e e F i g u r e 2 . 2 a . A P M p r o c e s s w a s u s e d t o m a n u f a c t u r e t h e i n t a k e ( T i - 6 4 / T i B a l l o y ) a n d e x h a u s t v a l v e s ( T i - 6 A l - 4 S n - 4 Z r - 1 N b - l M o - 0 . 2 8 i / T i B a l l o y ) , s e e F i g u r e 2 . 2 b . D u r i n g t h e d e v e l o p m e n t o f t h e d i s c o n t i n u o u s l y r e i n f o r c e d T i a l l o y s , T i B w a s f o u n d t o b e t h e b e s t r e i n f o r c e m e n t a n d i t o u t p e r f o r m e d a l l e x i s t i n g r e i n f o r c e m e n t s s u c h a s S i C , T i C , T i B z , B 4 C , T i N , S i N 4 , a n d A 1 3 0 4 [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] . C o m p a r i n g w i t h t h e s t e e l v a l v e s , T i - B v a l v e s a r e 4 0 % l i g h t e r , r e s u l t i n g i n a 1 6 % l i g h t e r s p r i n g v a l v e w e i g h t , a 3 0 % n o i s e r e d u c t i o n , a 2 0 % c a m s h a f t d r i v i n g t o r q u e r e d u c t i o n , a n d a n i n c r e a s e i n m a x i m u m r e v o l u t i o n s o f 7 0 0 r p m c u l m i n a t i n g i n h i g h p e r f o r m a n c e a n d l o w f u e l c o n s u m p t i o n [ S a i t o ( 2 0 0 4 ) ] . T h e fi r s t c a r t o u s e t h e s e v a l v e s w a s t h e T o y o t a A l t e z z a ( F i g u r e 2 . 2 a ) i n 1 9 9 8 . T h e v a l v e s w e r e l a t e r a d a p t e d a n d a p p l i e d t o Y a m a h a m o t o r c y c l e ( F i g u r e 2 . 2 3 ) [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] . T h e T i - B a l l o y s w e r e a l s o u s e d i n t h e v a l v e s o f t h e N i s s a n ’ s I n fi n i t i V - 8 m o t o r a n d t h e p o w e r t r a i n C o n n e c t i n g r o d s i n t h e A c u r a N S X V - 6 e n g i n e [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . 1 6 L E X U S I S 2 0 0 I n t a k e E x a u s t ( b ) F i g u r e 2 . 2 . ( a ) T o y o t a A l t e z z a v e h i c l e ( l e f t ) a n d Y a m a h a m o t o r c y c l e ( r i g h t ) u s e T i - B a l l o y s f o r e n g i n e v a l v e s , a n d ( b ) t h e i n t a k e ( T i - 6 4 / T i B a l l o y ) a n d e x h a u s t v a l v e s ( T i - 6 A 1 - 4 S n - 4 Z r - l e - l M o - 0 . Z S i / T i B a l l o y ) u s e d i n T o y o t a A l t e z z a v e h i c l e s . [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] 4 . M e t a l l u r g y o f T i - B a l l o y s F i g u r e 2 . 3 s h o w s t h e T i - B b i n a r y p h a s e d i a g r a m . B i s a n o r s t a b i l i z e r b u t i t i s a l m o s t i n s o l u b l e i n s o l i d T i ( < 0 . 0 2 w t . % [ P a l t y ( 1 9 5 4 ) ] ) u n d e r e q u i l i b r i u m c o n d i t i o n s . T h i s l o w s o l u b i l i t y l e a d s t o a s t a b l e T i B i n t e r m e t a l l i c p h a s e t h r o u g h a e u t e c t i c r e a c t i o n . T h e s o l u b i l i t y o f B i n T i - 6 4 a l l o y i s l o w e r t h a n 0 . 0 2 w t . % [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . T h e e u t e c t i c c o m p o s i t i o n i s 2 . 2 w t . % B f o r T i ( s e e F i g u r e 2 . 3 ) a n d i s e s t i m a t e d t o b e 1 . 5 6 w t . % f o r T i - 6 4 [ I v a s i s h i n ( 2 0 0 5 ) ] . I n a d d i t i o n , B a d d i t i o n w a s a l s o r e p o r t e d t o i n c r e a s e t h e B t r a n s u s o f T i - 6 4 [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , S o b o y e j o ( 1 9 9 4 ) ] . A n i n c r e a s e o f B t r a n s u s b y 6 0 ° C w a s o b s e r v e d i n T i - 6 4 - 1 . 7 B a l l o y a n d t h i s i n c r e a s e w a s a t t r i b u t e d t o t h e e q u i l i b r i u m a s w e l l a s t h e s u p e r s a t u r a t e d B i n t h e s o l i d s o l u t i o n [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . W e i g h t % B 3 5 0 0 0 5 ? 1 p 2 T 0 3 0 4 1 0 5 1 0 1 0 0 s ) 3 0 0 0 - \ L - * e 2 5 0 0 — “ $ 4 a - i E 2 0 0 0 " e u t e c t i c g 1 5 0 0 - 1 5 4 o i r o ° c B B - r T B “ ' — » “ T i B — . 9 2 1 0 0 0 r m m T ' 3 2 h a l l - i I I l l I I — 5 ° 0 0 1 o 2 0 3 0 4 o 5 0 s o 7 0 s o 9 0 1 0 0 T i A t o m i c % B 3 F i g u r e 2 . 3 . T i - B b i n a r y p h a s e d i a g r a m [ M u r r a y ( 1 9 9 2 ) ] 1 8 m i T i B c a n b e f o r m e d i n - s i t u b y r e a c t i o n o f T i a n d B t h r o u g h : T i + B = T i B ( 2 . 3 ) o r b y T i a n d T i B 2 t h r o u g h : T i + T i B z = 2 T i B ( 2 . 4 ) E x t e n s i v e s t u d i e s o n t h e k i n e t i c s a n d t h e r m o d y n a m i c s o f t h e T i - B a l l o y s y s t e m h a v e s h o w n t h a t T i B i s o n l y s t a b l e i n a T i m a t r i x . [ M a ( 2 0 0 4 ) , Z h a n g ( 2 0 0 3 ) ] . T h u s i t i s i m p o s s i b l e t o s y n t h e s i z e T i B s i n g l e c r y s t a l s f o r c h a r a c t e r i z a t i o n a n d n o e x p e r i m e n t a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s h a v e b e e n r e p o r t e d f o r T i B . T h e T i B p h a s e i s m o r e s t a b l e t h a n T i B z i f a n d o n l y i f e x c e s s T i i s p r e s e n t . I t i s n o t e d t h a t i t w o u l d b e d i f f i c u l t t o e x t r a c t t h e T i B p h a s e fi o m t h e T i m a t r i x , a n d e v e n i f o n e w a s a b l e t o d o t h i s , i t w o u l d b e d i f fi c u l t t o m e c h a n i c a l l y t e s t t h e e x t r e m e l y s m a l l T i B p h a s e . i I T h e T i B p h a s e h a s a n o r t h o r h o m b i c ( B 2 7 ) c r y s t a l s t r u c t u r e w i t h a = 6 . 1 2 A , b = 3 . 0 6 A , a n d c = 4 . 5 6 A [ D e c k e r ( 1 9 5 4 ) ] . T h e a r r a n g e m e n t o f a t o m s i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 2 . 4 . B a t o m s f o r m a z i g z a g c h a i n a l o n g t h e [ 0 1 0 ] d i r e c t i o n w i t h e a c h B a t o m l y i n g a t t h e c e n t e r o f a t r i g o n a l p r i s m o f 6 T i a t o m s [ P a n d a ( 2 0 0 6 ) ] . { 0 1 0 } p l a n e s a r e t h e c l o s e s t p a c k e d p l a n e s o f T i B a n d [ 0 1 0 ] i s i t s g r o w t h d i r e c t i o n [ Y a n g ( 1 9 9 5 ) , T i a n ( 2 0 0 8 ) ] , w h i c h l e a d s t o t h e n e e d l e - l i k e m o r p h o l o g y o f T i B t h a t d e v e l o p s d u e t o t h e a n i s o t r o p i c C h a r a c t e r i s t i c o f t h e B d i f f u s i o n [ S a h a y ( 1 9 9 9 ) ] . T h e t y p i c a l T i B p h a s e i n t h e T i m a t r i x i s w h i s k e r - l i k e s i n g l e c r y s t a l s w i t h a r o u g h l y h e x a g o n a l c r o s s - s e c t i o n . A m e t a s t a b l e f o r m o f T i B w a s a l s o r e p o r t e d , w h i c h h a s a B f s t r u c t u r e o f fi n e n e e d l e s w i t h a h i g h d e n s i t y o f s t a c k i n g f a u l t s [ K o o i ( 2 0 0 3 ) , H y m a n ( 1 9 9 1 ) ] . C o m p a r i n g w i t h o t h e r c o m m o n p a r t i c l e r e i n f o r c e m e n t s s u c h a s T i C , S i C , B 4 C a n d A 1 2 0 3 , T i B h a s t h e b e s t t h e r m o d y n a m i c c o m p a t i b i l i t y a n d t h e r m a l - e x p a n s i o n 1 9 l ‘ . » H c o m p a t i b i l i t y w i t h T i . T h e c o e f fi c i e n t o f l i n e a r t h e r m a l - e x p a n s i o n o f T i B i s a p p r o x i m a t e l y 7 . 5 x 1 0 ' 6 / ° C , w h i c h i s q u i t e c l o s e t o t h e c o r r e s p o n d i n g v a l u e f o r T i ( 8 . 6 x 1 0 ' ° / ° C ) [ R a v i C h a n d r a n ( 2 0 0 4 ) ] . T h i s s i m i l a r i t y o f t h e t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f fi c i e n t s m a k e s p r o c e s s i n g o f T i - B a l l o y s l e s s c h a l l e n g i n g t h a n f o r o t h e r c e r a m i c - r e i n f o r c e d a l l o y s [ S a i t o ( 2 0 0 4 ) , R a v i C h a n d r a n ( 2 0 0 4 ) ] . F i g u r e 2 . 4 . C r y s t a l s t r u c t u r e o f T i B ( o r t h o r h o m b i c , B 2 7 ) . 5 . T i - B A l l o y P r o c e s s i n g a n d M i c r o s t r u c t u r e A v a r i e t y o f p r o c e s s i n g m e t h o d s h a v e p r o v e n s u c c e s s f u l i n m a n u f r a c t u r i n g T i - B a l l o y s [ Z h a n g ( 2 0 0 3 ) , P e n g ( 1 9 9 6 ) , K o o i ( 2 0 0 3 ) , G e n g ( 2 0 0 4 ) , T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 4 ) , K a w a b a t a ( 2 0 0 4 ) , S a i t o ( 2 0 0 4 ) ] . T h e T i - B e n g i n e v a l v e s u s e d i n T o y o t a A l t e z z a V e h i c l e s w e r e m a n u f a c t u r e d t h r o u g h a b l e n d e d e l e m e n t a l P M p r o c e s s , s e e F i g u r e 2 . 5 . T h e p r o c e s s s t a r t s w i t h T i , T i B z a n d A l - Z S S n - Z S Z r - 6 N b - 6 M o - l 2 8 i w t . % p o w d e r s a n d P r o d u c e s t h e T i - B b i l l e t s t h r o u g h p o w d e r m i x i n g , c o m p a c t i n g , a n d v a c u u m s i n t e r i n g . T h e n t h e b i l l e t s a r e m a d e i n t o v a l v e s t h r o u g h a s e r i e s o f t h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g { S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] . 2 0 T i + 1 6 % ( A I - 2 5 5 n ~ 2 5 Z r - 6 N b - 6 M o - 1 . Z S i ) = > T i - 6 A l - 4 S n - 4 Z r - 1 N b - 1 M 0 - 0 . 2 $ i " \ \ , S ' " A g — [ M i x i n g ] — - j C o m p a c t i n g $ 3 3 , 3 3 2 , , I : - 1 3 0 0 0 B i l l e t # T i t a n i u m ( H y d r i d e ) , _ e . - - . # A l - Z S S n - Z S Z r - G N b - B M O - l . Z S i | r i + r i 3 2 = > 2 T i B # T i B z M a c h i n i n g H e a t , C o a t i n g - . T r e a t m e n t “ ~ 1 2 0 0 C ( 3 0 3 9 c ) n d u c t i o n h e a t e d V a l v e U p s e t F o r g i n g E x t r u s i o n F i g u r e 2 . 5 . B l e n d e d e l e m e n t a l P M p r o c e s s fl o w c h a r t f o r m a n u f a c t u r i n g T i - B e n g i n e v a l v e s . [ S a i t o ( 2 0 0 5 ) ] T h e b l e n d e d e l e m e n t a l P M p r o c e s s d e v e l o p e d b y T o y o t a c r e a t e d a c o s t - e f f e c t i v e w a y o f m a n u f a c t u r i n g T i - B e n g i n e v a l v e s a n d h a s t h e m o s t p r o m i s e f o r l o w c o s t m a n u f a c t u r i n g o f o t h e r T i - B p a r t s i n a u t o m o t i v e i n d u s t r y . H o w e v e r , t h i s p r o c e s s i s i n s u f fi c i e n t f o r m e e t i n g t h e r i g o r o u s n e e d s f o r t h e a e r o s p a c e i n d u s t r y w h e r e t h e s t a n d a r d s f o r m a t e r i a l s t r e n g t h , f a t i g u e a n d c r e e p r e s i s t a n c e a r e m u c h h i g h e r . I T h e A i r F o r c e R e s e a r c h L a b o r a t o r y ( A F R L ) , W r i g h t - P a t t e r s o n , O H h a s b e e n d e v e l o p i n g T i - B a l l o y s f o r m i l i t a r y a p p l i c a t i o n s i n r e c e n t y e a r s . T h e M a t e r i a l s a n d M a n u f a c t u r i n g D i r e c t o r a t e o f A F R L , i n c o l l a b o r a t i o n w i t h t h e i r i n d u s t r i a l a n d a c a d e m i c P a r t n e r s , h a s b e e n f o c u s i n g o n t h e p r o c e s s i n g m e t h o d s o f T i - B a l l o y s i n o r d e r t o a s s i s t d e v e l o p m e n t o f t h e p r o c e s s i n g - m i c r o s t r u c t u r e - p r o p e r t y r e l a t i o n s h i p s f o r t h e T i - B a l l o y 2 1 s y s t e m . T h e r e s e a r c h e r s a t A F R L a n d F M W C o m p o s i t e s , I n c . ( B r i d g e p o r t , W V ) h a v e e x p l o r e d a w i d e r a n g e o f p r o c e s s i n g m e t h o d s f o r p r o d u c i n g T i - B a l l o y s [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . T h e p r o c e s s i n g r o u t e s t h e y h a v e b e e n i n v e s t i g a t i n g a r e c a s t , c a s t a n d w r o u g h t , b l e n d e d e l e m e n t a l P M , a n d p r e - a l l o y e d P M p r o c e s s e s , s e e F i g u r e 2 . 6 . T h e b l e n d e d e l e m e n t a l ( B E ) P M p r o c e s s , s i m i l a r t o t h e p r o c e s s u s e d b y T o y o t a f o r m a n u f a c t u r i n g T i - B a l l o y e n g i n e v a l v e s , c a n o b t a i n h i g h e r v o l u m e f r a c t i o n s o f T i B w i t h o u t t h e f o r m a t i o n o f p r i m a r y T i B b e c a u s e t h e e n t i r e p r o c e s s i s p e r f o r m e d i n s o l i d s t a t e [ T a m i r i s a k a n d a l a , ( 2 0 0 4 ) ] . H o w e v e r , t h e B E P M p r o c e s s r e s u l t s i n a c o a r s e m i c r o s t r u c t u r e d u e t o l o n g t h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g t i m e a t h i g h t e m p e r a t u r e t o c o n v e r t t h e B s o u r c e ( u s u a l l y B o r T i B z ) t o T i B . C o m p a r i n g w i t h t h e B E P M p r o c e s s , t h e p r e - a l l o y e d ( P A ) P M p r o c e s s i s a b l e t o p r o d u c e fi n e r s c a l e m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s d u e t o f a s t s o l i d i fi c a t i o n f r o m T i - B a l l o y m e l t , b u t i t i s l i m i t e d t o t h e h y p o e u t e c t i c c o m p o s i t i o n s ( B < 1 . 6 w t . % ) t o a v o i d t h e f o r m a t i o n o f p r i m a r y T i B [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 4 ) ] . 2 2 B l e n d e d E l e m e n t a l M e t a l l u r g y P / M B E T i A l l o y . B S o u r c e T i - B A l l o y P o w d e r s L i q u i d P r e - A I I O e d P I M [ P A ] O u t g a s A t o m i z e P o w d e r B l e n d P o u r i n t o m o l d O u t g a s , C o m p a c t C o m p a c t H e a t t r e a t C a s t t o . P A B i l l e t _ B E B i l l e t . P / M P r o d u c t , T h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g W r o u g h t P r o d u c t F i g u r e 2 . 6 . T y p i c a l p r o c e s s i n g m e t h o d s f o r T i - B a l l o y s . [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] T h e c a s t m e t a l l u r g y p r o c e s s o f T i - B a l l o y s i s a l s o a n i m p o r t a n t r e s e a r c h e m p h a s i s . R e c e n t w o r k a t A F R L h a s s h o w n t h a t t h e a d d i t i o n o f s m a l l a m o u n t s o f B c a n d e c r e a s e t h e a s - c a s t g r a i n s i z e o f T i a l l o y s s i g n i fi c a n t l y [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , S e n ( 2 0 0 7 ) , C h e r u k u r i ( 2 0 0 9 ) ] . T h i s d r a s t i c r e d u c t i o n i n t h e a s - c a s t g r a i n s i z e c a n b e b e n e fi c i a l a s i t r e d u c e s o r a v o i d s t i m e s p e n t o n e x p e n s i v e a n d e n e r g y - i n t e n s i v e t h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g . A c t u a l l y , t h e g r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t b y B a d d i t i o n w a s fi r s t r e p o r t e d b y Z h u 8 1 ‘ a ] . i n 2 0 0 3 [ Z h u ( 2 0 0 3 ) ] , b u t t h e m e c h a n i s m w a s n o t e x p l a i n e d i n d e t a i l u n t i l l a t e r . T a m i r i s a k a n d a l a e t a ] . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] s t u d i e d t h e g r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t o f B i n a s - c a s t T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s , a n d 0 . 1 w t . % B w a s f o u n d t o d e c r e a s e t h e a s - c a s t 2 3 £ 1 . m - N . . W F u n - w h o « a w - n o I 9 n L . . : 1 . C Q [ 5 . 3 1 { 0 5 3 - c " . g r a i n s i z e b y a l m o s t a n o r d e r o f m a g n i t u d e , s e e F i g u r e 2 . 7 . T h e y s u g g e s t e d t h a t B a d d i t i o n s e n h a n c e t h e n u c l e a t i o n r a t e o f p r i o r - B g r a i n b y p r o v i d i n g a d d i t i o n a l d r i v i n g f o r c e a n d s l o w i n g t h e g r o w t h r a t e b y a f f e c t i n g t h e l i q u i d / s o l i d i n t e r f a c e . S i n c e B i s i n s o l u b l e i n s o l i d T i , t h e B r e j e c t e d a t t h e s o l i d / l i q u i d i n t e r f a c e c a n r e s t r i c t t h e g r o w t h o f e x i s t i n g n u c l e i a n d t h e r e j e c t e d B w i l l a c c u m u l a t e i n a n e n r i c h e d b o u n d a r y l a y e r a h e a d o f t h e i n t e r f a c e [ K u r z ( 1 9 8 4 ) ] . T h i s w a s s u g g e s t e d t o b e t h e p o s s i b l e g r a i n r e fi n e m e n t m e c h a n i s m i n T i - B a s - c a s t a l l o y s a n d i n t u r n t h i s c a u s e s t h e T i B t o a c c u m u l a t e a t t h e p r i o r - B g r a i n b o u n d a r i e s . 2 m c > 1 l l I g i s o o — . . 3 i n 5 1 0 0 0 " ‘ . . 5 ‘ 5 5 0 ° , T i - 6 4 q o . i T i - 6 2 4 Z S o i . . . E . i L L 1 r . _ r fi . l 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 . B o r o n C o n c e n t r a t i o n , w t . % T l - 6 4 - 0 . 0 5 B . , . ( a ) ( b ) F i g u r e 2 . 7 . G r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t b y B a d d i t i o n i n T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s . ( a ) A s - c a s t g r a i n s i z e v e r s u s B c o n c e n t r a t i o n p l o t , a n d ( b ) d i g i t a l p h o t o g r a p h s s h o w i n g t h e a s - c a s t g r a i n s i z e d i f f e r e n c e b e t w e e n T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - 0 . 0 5 B a l l o y s . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] B a n e r j e e e t a 1 . [ B a n e r j e e ( 2 0 0 4 ) , B a n e r j e e ( 2 0 0 5 ) , G e n e ( 2 0 0 6 ) ] , o f t h e C e n t e r o f t h e A c c e l e r a t e d M a t u r a t i o n o f M a t e r i a l s ( C A M M ) a t O h i o S t a t e U n i v e r s i t y ( O S U ) , h a v e c o n d u c t e d e x t e n s i v e r e s e a r c h o n p r o d u c i n g T i - B a l l o y s u s i n g t h e l a s e r - e n g i n e e r e d n e t - 2 4 s h a p i n g ( L E N S ) p r o c e s s . I n t h i s p r o c e s s , s u c c e s s i v e l a y e r s o f p o w d e r m e t a l f e e d s t o c k a r e m e l t e d u s i n g a h i g h - p o w e r e d l a s e r a n d t h e fi n a l T i - B a l l o y s p o s s e s s r e fi n e d a n d h o m o g e n e o u s m i c r o s t r u c t u r e s . 6 . T e n s i l e P r o p e r t i e s o f T i - B A l l o y s T h e a t t r a c t i v e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f T i - B a l l o y s h a v e b e e n t h e p r i m a r y r e a s o n w h y s u c h a l l o y s h a v e b e e n g a i n i n g c o n s i d e r a b l e i n t e r e s t i n r e c e n t y e a r s . T h e i r h i g h r o o m - t e m p e r a t u r e ( R T ) s p e c i fi c s t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s m o d u l u s ( E ) a l o n g w i t h r e a s o n a b l e e l o n g a t i o n - t o - f a i l u r e ( 8 f ) h a v e b e e n r e p o r t e d b y m a n y r e s e a r c h g r o u p s [ S o b o y e j o ( 1 9 9 4 ) , S a i t o ( 2 0 0 4 ) , R a v i C h a n d r a n ( 2 0 0 4 ) , S c h u h ( 2 0 0 1 ) , P a n d a ( 2 0 0 6 ) , T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , B i l o u s ( 2 0 0 5 ) , G o r s s e ( 2 0 0 3 ) , S o b o y e j o ( 2 0 0 4 ) , B o e h l e r t ( 2 0 0 6 ) ] . T h e s i g n i fi c a n t i n c r e a s e i n s t r e n g t h a n d E v a l u e s i n T i - B a l l o y s a r i s e s f r o m t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B p h a s e ( E ~ 3 7 1 - 4 8 5 G P a ) t h a t p r e c i p i t a t e s i n - s i t u d u r i n g s o l i d i fi c a t i o n o r s o l i d s t a t e t r a n s f o r m a t i o n [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) , P a n d a ( 2 0 0 6 ) , G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] . S m a l l B a d d i t i o n s d o n o t r e s u l t i n s i g n i fi c a n t d e n s i t y c h a n g e s , t h u s t h e h i g h e r s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s o f T i - B a l l o y s p r o v i d e s i m p o r t a n t i n c r e a s e s i n s p e c i fi c s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s . T h e t y p i c a l R T Y o u n g ’ s m o d u l u s , y i e l d s t r e n g t h ( Y S ) a n d u l t i m a t e t e n s i l e s t r e n g t h ( U T S ) f o r a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s a r e l i s t e d i n T a b l e 2 . 2 . F o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 . 5 5 B , o n l y a n E v a l u e w a s r e p o r t e d b e c a u s e t h e s a m p l e f r a c t u r e d b e l o w t h e Y S [ I v a s i s h i n ( 2 0 0 8 ) ] , i n d i c a t i n g a b r i t t l e f e a t u r e o f t h i s a l l o y . T h e R T 8 f v a l u e o f a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s w i t h r e s p e c t t o B c o n c e n t r a t i o n h a s b e e n s t u d i e d a n d t h e r e s u l t i s s h o w n i n F l ' g u r e 2 . 8 [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] , w h i c h i n d i c a t e s t h a t m o r e t h a n 0 . 4 w t . % o f B r e s u l t e d i n P o o r d u c t i l i t y o f a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s . 2 5 % , e r u l i a F o t n o i t a g n o l E T a b l e 2 . 2 . R T T e n s i l e P r o p e r t i e s o f A s - c a s t T i - 6 4 - x B A l l o y s % N / A : n o t * [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] , * * [ I v a s i s h i n ( 2 0 0 8 ) ] 1 5 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 B o r o n C o n c e n t r a t i o n , W t . % F i g u r e 2 . 8 . R T 8 f v a l u e s o f a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s v e r s u s B c o n c e n t r a t i o n . [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] T h e B - m o d i fi e d T i - 6 2 4 2 S a l l o y s w e r e n o t s t u d i e d a s e x t e n s i v e l y a s t h e B - m o d i fi e d T i - 6 4 a l l o y s . T h e p r e l i m i n a r y r e s e a r c h p e r f o r m e d a t A F R L i n d i c a t e s t h a t S i m i l a r t o t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s , B a d d i t i o n a l s o h a s t h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t o n t h e T i - 6 2 4 2 8 a l l o y [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] . T h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t d u e t o B a d d i t i o n i s m a i n t a i n e d 2 6 a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s f o r a s - c a s t T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] , o f f e r i n g t h e p o t e n t i a l f o r t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e a p p l i c a t i o n s o f t h e s e a l l o y s , s e e F i g u r e 2 . 9 . T h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f T i - B a l l o y s p r o d u c e d b y t h e P M p r o c e s s w e r e a l s o i n v e s t i g a t e d b y s e v e r a l r e s e a r c h e r s . L i b e r m a n s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d t e n s i l e p r o p e r t i e s o f P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - x B a l l o y s p r o d u c e d b y P A a n d B E p r o c e s s e s [ L i b e r m a n ( 2 0 0 7 ) ] . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n T a b l e 2 . 3 . F o r t h e T i - 6 4 - 2 . 9 B a l l o y i n t h a t s t u d y , t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B w h i s k e r s o c c u p i e d o v e r 2 0 v o l . % , r e s u l t i n g a s i g n i fi c a n t i n c r e a s e o f Y S , U T S a n d E v a l u e . L i b e r m a n a l s o s t u d i e d t h e e f f e c t o f e x t r u s i o n r a t i o ( 8 : 1 , 1 2 : 1 , a n d 1 6 : 1 ) a n d t e m p e r a t u r e ( 1 0 1 0 ° C , 1 0 5 7 ° C a n d 1 1 0 4 ° C ) o n t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f P A P M T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e e x t r u d e d a l l o y s e x h i b i t e d h i g h e r 8 f v a l u e t h a n t h e c o m p a c t e d a l l o y s , w h i c h i s i n c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t i n G o d f r e y ’ s s t u d y [ G o d f r e y ( 2 0 0 0 ) ] . I t w a s a l s o f o u n d t h a t t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s w e r e n o t v e r y s e n s i t i v e t o t h e s t u d i e d e x t r u s i o n c o n d i t i o n s , H o w e v e r , t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x t r u d e d a t 1 1 0 4 ° C e x h i b i t e d a s l i g h t l y h i g h e r 8 f v a l u e t h a n t h a t e x t r u d e d a t 1 0 1 0 ° C a n d 1 0 5 7 ° C [ L i b e r m a n ( 2 0 0 7 ) ] . G o r s s e a n d M i r a c l e [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] s t u d i e d t h e T i - 6 4 / T i B c o m p o s i t e s ( t h e T i B v o l . % w e r e u p t o 4 0 % t h u s t h e y a r e c o n s i d e r e d c o m p o s i t e s i n s t e a d o f a l l o y s ) p r o d u c e d b y B E P M p r o c e s s a n d r e p o r t e d t h e i r t e n s i l e p r o p e r t i e s a t R T a n d 3 0 0 ° C , s e e T a b l e 2 . 4 . 2 7 S e r v i c e T 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 a t » $ 0 7 0 0 T e n r p e n m r e . ° c ( a ) T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 1 B 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 0 0 0 7 0 0 T e m p o r d u r e f c C b ) F i g u r e 2 . 9 . E l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f B - m o d i fi e d ( a ) a s - c a s t T i - 6 4 , a n d ( b ) a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S a l l o y s . [ M i r a c l e ( 2 0 0 5 ) ] 2 8 T a b l e 2 . 3 . R T T e n s i l e P r o p e r t i e s o f P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - x B A l l o y s [ L i b e r m a n ( 2 0 0 7 ) ] A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 3 f , « y o T i - 6 4 - 1 B P A c o m p a c t e d 1 2 7 9 2 7 1 0 3 8 6 . 2 T i - 6 4 - 1 B P A e x t r u d e d 1 4 3 1 0 7 8 1 2 1 4 1 3 . 3 T i - 6 4 - 1 . 6 B P A c o m p a c t e d 1 3 8 1 2 3 2 1 3 4 7 2 . 4 T i - 6 4 - 1 . 6 B P A e x t r u d e d 1 5 2 1 3 5 0 1 4 2 0 4 . 0 T i - 6 4 - 2 . 9 B B E c o m p a c t e d 1 6 0 1 1 0 7 1 1 1 9 1 . 5 T i - 6 4 - 2 . 9 B B E e x t r u d e d 2 0 0 1 1 8 9 1 3 3 1 3 . 0 T a b l e 2 . 4 . T e n s i l e P r o p e r t i e s o f B B P M P r o c e s s e d T i - 6 4 / T i B C o m p o s i t e s [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] M a t e r i a l s P r o c e s s i n g T e m p e r a t u r e E Y S U T S 3 f G P a M P a M P a % T i - 6 4 / 2 0 % T i B e x t r u d e d R T 1 7 0 1 1 8 1 1 2 1 5 0 . 5 T i - 6 4 / 4 0 % T i B e x t r u d e d R T 2 1 0 - 8 6 4 0 T i - 6 4 / 2 0 % T i B c o m p a c t e d R T 1 4 5 1 0 1 8 0 . 1 T i - 6 4 / 2 0 % T i B e x t r u d e d 3 0 0 ° C 1 6 0 8 2 3 9 1 0 1 . 9 T i - 6 4 / 4 0 % T i B e x t r u d e d 3 0 0 ° C 2 0 7 8 7 1 8 7 1 0 . 2 T i - 6 4 / 2 0 % T i B c o m p a c t e d 3 0 0 ° C 1 4 0 6 7 4 7 4 8 0 . 9 2 9 C L - - c I l i i c p C c r l a e c k a t i c H o M n i H r g o r c r a c k o w t h n u M a c g r r o o c t r h w a c k F i f a i n l a u l r e B . F a t i g u e B a c k g r o u n d 1 . F u n d a m e n t a l s o f F a t i g u e W h e n a c y c l i c l o a d i s a p p l i e d t o a m a t e r i a l , f a t i g u e t y p i c a l l y o c c u r s . A f a t i g u e n u c l e u s c a n i n i t i a t e o n a m i c r o s c o p i c s c a l e , f o l l o w e d b y c r a c k g r o w t h t o a m a c r o s c o p i c s c a l e , a n d fi n a l f a i l u r e i n t h e l a s t c y c l e o f t h e f a t i g u e l i f e . T h e f a t i g u e l i f e u n t i l f a i l u r e i s u s u a l l y d i v i d e d i n t o t w o s t a g e s : c r a c k i n i t i a t i o n p e r i o d ( i n c l u d i n g c r a c k n u c l e a t i o n a n d c r a c k g r o w t h o f m i c r o s t r u c t u r a l l y s m a l l c r a c k s ) , a n d c r a c k g r o w t h p e r i o d ( i n c l u d i n g c r a c k g r o w t h i n t o t h e b u l k m a t e r i a l ) [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . T h e d i f f e r e n t s t a g e s o f f a t i g u e l i f e a n d r e l e v a n t f a c t o r s a r e s u m m a r i z e d i n F i g u r e 2 . 1 0 [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] : t h e s t r e s s C o n c e n t r a t i o n f a c t o r ( K ) i s t h e m o s t i m p o r t a n t p a r a m e t e r f o r p r e d i c t i o n s o n c r a c k i n i t i a t i o n ; t h e s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r ( K ) i s u s e d f o r p r e d i c t i o n s o n c r a c k g r o w t h ; f o r t h e l a s t c y c l e o f t h e f a t i g u e l i f e , a t w h i c h t h e m a t e r i a l b r e a k s , t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s ( K r c ) i s t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r t o b e c o n s i d e r e d . C r a c k I n i t i a t i o n p e r i o d ] [ C r a c k g r o w t h p e r i o d ] K c h ( s t r e s s c o n c e n t r a t i o n f a c t o r ) ( s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r ) ( f r a c t u r e t o u g h n e s s ) F i g u r e 2 . 1 0 . D i f f e r e n t s t a g e s o f t h e f a t i g u e l i f e a n d r e l e v a n t f a c t o r s [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] T h e l o w e r r e s t r a i n t o n c y c l i c s l i p a t t h e m a t e r i a l s u r f a c e i s a f a v o r a b l e c o n d i t i o n f o r c r a c k i n i t i a t i o n . C r a c k i n i t i a t i o n i s v e r y s e n s i t i v e t o s u r f a c e c o n d i t i o n s s u c h a s s u r f a c e r o u g h n e s s , f r e t t i n g , c o r r o s i o n p i t s , e t c . T h u s f a t i g u e i s k n o w n a s a m a t e r i a l 3 0 2 . ] O l ‘ c i O s u r f a c e p h e n o m e n o n i n t h e c r a c k i n i t i a t i o n p e r i o d [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . I n t h e c r a c k g r o w t h p e r i o d , f a t i g u e d e p e n d s o n t h e c r a c k g r t h r e s i s t a n c e o f t h e b u l k m a t e r i a l i n s t e a d o f t h e m a t e r i a l s u r f a c e c o n d i t i o n s [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . F i g u r e 2 . 1 1 [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] l i s t e d v a r i o u s f a c t o r s w h i c h a f f e c t t h e f a t i g u e p r o p e r t i e s a t d i f f e r e n t p e r i o d s . C r a c k I n i t i a t i o n p e n o d — 9 C r a c k g r o w t h p e fi o d _ . 9 fi n a l f a i l u r e E f f e c t s o n : C r a c k i n i t i a t i o n 1 C r a c k g r o w t h 0 S u r f a c e 4 0 S u r f a c e r o u g h n e s s ( p r o d u c t i o n ) e f f e c t s 0 S u r f a c e d a m a g e : s c r a t c h e s d e n t s f r e t t i n g S u r f a c e t r e a t m e n t s : a n o d i z i n g n i t r i d i n g s h o t p e e n i n g ° S u r f a c e l a y e r s : c l a d d i n g d e c a r b u r i z i n g i 0 E n v i r o n m e n t a l e f f e c t s ( e . g . p i t t i n g ) - M a t e r i a l b u l k p r o p e r t i e s 0 E n v i r o n m e n t F i g u r e 2 . 1 1 . F a c t o r s a f f e c t i n g t h e c r a c k i n i t i a t i o n a n d c r a c k g r o w t h . [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] 2 . F a t i g u e o f T i A l l o y s T h e f a t i g u e m e c h a n i s m s o f T i a l l o y s a r e s t r o n g l y d e p e n d e n t o n t h e s t r e s s l e v e l . A t h i g h f a t i g u e s t r e s s l e v e l s , t h e c r a c k i n i t i a t i o n l i f e c a n b e q u i t e s m a l l c o m p a r e d w i t h t h e o v e r a l l f a t i g u e l i f e ( N I / N F < 1 % ) [ W e l l s ( 1 9 6 9 ) , B e n s o n ( 1 9 7 2 ) ] . W i t h d e c r e a s i n g l o a d 3 1 a m p l i t u d e s , t h e c r a c k i n i t i a t i o n l i f e c o n t i n u o u s l y i n c r e a s e s . T h e r e f o r e , l o w - c y c l e f a t i g u e ( L C F ) i s d o m i n a t e d b y f a t i g u e c r a c k p r o p a g a t i o n w h i l e h i g h - c y c l e f a t i g u e ( H C F ) i s d o m i n a t e d b y f a t i g u e c r a c k i n i t i a t i o n [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . T h e f a t i g u e p r o p e r t i e s o f T i a l l o y s h i g h l y d e p e n d o n t h e m i c r o s t r u c t u r e . T h e m o s t i n fl u e n t i a l m i c r o s t r u c t r a l f e a t u r e s i n c l u d e t h e g r a i n s i z e ( o r p h a s e d i m e n s i o n a n d m o r p h o l o g y ) , t h e a g e h a r d e n i n g c o n d i t i o n , t h e d e g r e e o f w o r k h a r d e n i n g , t h e e l a s t i c c o n s t a n t s , a n d t h e c r y s t a l l o g r a p h i c t e x t u r e [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] . F o r o r + B T i a l l o y s , s u c h a s T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S , t h e o r p h a s e m o r p h o l o g y i s c r i t i c a l . I t i s w e l l e s t a b l i s h e d t h a t l o w - c y c l e f a t i g u e ( L C F ) b e h a v i o r i s f a v o r e d b y e q u i a x e d o r m o r p h o l o g y [ F r o e s , ( 2 0 0 4 ) ] a n d s m a l l e r g r a i n s i z e ( e q u i a x e d o r ) r e s u l t s i n b e t t e r f a t i g u e p r o p e r t i e s [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . R e d u c i n g t h e o r g r a i n s i z e f r o m 1 2 t o 2 p m i n e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e s i n c r e a s e d t h e f a t i g u e s t r e n g t h o f a T i - 6 4 a l l o y f r o m 5 6 0 t o 7 2 0 M P a [ P e t e r s ( 1 9 8 3 ) ] . F o r a l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e , s m a l l e r o r l a t h i s b e n e fi c i a l f o r f a t i g u e p r o p e r t i e s . I t h a s b e e n r e p o r t e d t h a t r e d u c i n g t h e o r l a t h w i d t h f r o m 1 0 t o 0 . 5 p m r a i s e s t h e f a t i g u e s t r e n g t h f r o m 4 8 0 t o 6 7 5 M P a f o r a T i - 6 4 a l l o y [ P e t e r s ( 1 9 8 3 ) , T r o j a h n ( 1 9 8 0 ) ] . D i f f e r e n t p r o c e s s i n g m e t h o d s w i l l c r e a t e T i a l l o y s w i t h d i f f e r e n t m i c r o s t r u c t u r e s . H e r t z b e r g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] s u m m a r i z e d t h e p r o c e s s i n g e f f e c t o n t h e R T f a t i g u e p r o p e r t i e s o f T i - 6 4 a l l o y , s e e F i g u r e 2 . 1 2 . T h e w r o u g h t a l l o y e x h i b i t e d g r e a t e r f a t i g u e l i v e s , f o l l o w e d b y t h e H I P p e d p r e - a l l o y e d p o w d e r a n d t h e c a s t a l l o y s . I t i s n o t y e t c l e a r i f t h e T i - B a l l o y s f o l l o w t h e s a m e t r e n d a s T i a l l o y s b u t t h i s w i l l b e e v a l u a t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . 3 2 1 2 0 0 T i - B A I 4 v , 1 m m 0 m _ _ T . Z . 3 5 ° 0 0 . l — — / w : : : m - i 1 2 0 g - “ a P R E A L L O Y E D W 1 g ( ' 7 5 “ w o e s ( H I P ) \ \ \ \ \ \ \ V % - i 8 0 g 4 0 0 - I I “ E l l E i n l E l ' l T L P O W D E R , _ _ ( " z - “ l l i i i i i i i i § . . E I . J I ' 1 J o 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 0 5 1 0 7 C Y C L E S T O F A I L U R E F i g u r e 2 . 1 2 . T y p i c a l R T f a t i g u e d a t a f o r T i - 6 4 a l l o y w i t h d i f f e r e n t p r o c e s s i n g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] 3 . F a t i g u e o f T i - B A l l o y s A s e a r l y a s 1 9 9 5 , S o b o y e j o e t a 1 . [ S o b o y e j o ( 1 9 9 5 ) ] r e p o r t e d t h a t t h e B E P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . 5 B , T i - 6 A l - 0 . 5 B a n d T i - 7 . 5 A l - 4 V - 0 . 5 B a l l o y s h a v e s u p e r i o r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e t h a n m i l l a n n e a l e d T i - 6 4 a t R T . T h e c r a c k g r o w t h r a t e o f T i - 6 A l - 0 . 5 B a l l o y w a s a b o u t fi v e t i m e s l o w e r t h a n t h a t o f m i l l a n n e a l e d T i - 6 4 a l l o y . T h e y s u g g e s t e d t h a t t h e f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e i n t h e t h r e e B - m o d i fi e d T i a l l o y s w a s e n h a n c e d b y t h e T i B w h i s k e r s . I n 2 0 0 4 , S o b o y e j o e t a 1 . [ S o b o y e j o ( 2 0 0 4 ) ] , r e p o r t e d t h e R T c r a c k n u c l e a t i o n a n d g r o w t h i n c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . S B a l l o y s . I n t h e i r s t u d y , c r a c k s i n i t i a t e d a t a p p r o x i m a t e l y 2 0 % o f t h e t o t a l f a t i g u e l i f e , i n d i c a t i n g t h a t t h e f a t i g u e b e h a v i o r w a s c r a c k g r o w t h d o m i n a t e d . C r a c k b l u n t i n g b y t h e B p h a s e i n t h e T i - 6 4 3 3 m a t r i x w a s a l s o o b s e r v e d . T h e y f o u n d t h a t f a t i g u e c r a c k g r o w t h r a t e s i n t h e P a r i s r e g i m e i n t h e T i - 6 4 - 0 . S B a l l o y a r e c o m p a r a b l e t o t h o s e o f t h e b a s e l i n e T i - 6 4 a l l o y . H o w e v e r , i n t h e l o w A K r e g i m e , t h e T i - 6 4 - B a l l o y s e x h i b i t e d f a s t e r c r a c k g r o w t h r a t e . D u b e y e t a l . [ D u b e y ( 1 9 9 9 ) ] s t u d i e d i n v e s t i g a t e d t h e f a t i g u e r e s p o n s e o f a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 5 B a l l o y b y t h r e e - p o i n t b e n d i n g t e s t a t R T . T h e y r e p o r t e d t h a t f a t i g u e s t r i a t i o n s w e r e m u c h l e s s v i s i b l e o n t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 5 B a l l o y c o m p a r e d w i t h t h e T i - 6 4 a l l o y . T h e f a t i g u e c r a c k g r o w t h o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 5 B a l l o y w a s n o t a f f e c t e d n o t i c e a b l y b y t h e e l a s t i c b r i d g i n g o r t h e t o u g h e n i n g f r o m t h e c r a c k b r i d g i n g o f t h e T i B w h i s k e r s . S c h w e n d i m a n [ S c h w e n d i m a n ( 2 0 0 7 ) ] s t u d i e d t h e f a t i g u e p r o p e r t i e s o f P M T i - 6 4 - 1 B r o l l e d p l a t e m a t e r i a l . H i s s t u d y c o n c l u d e d t h a t t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y o u t p e r f o r m e d t h e P M T i - 6 4 E L I a n d T i - 6 4 f o r g e d p l a t e s d u r i n g t h e H C F t e s t s . C a , F e , S i a n d M g r i c h i n c l u s i o n s w e r e s u g g e s t e d t o b e t h e d o m i n a n t f a i l u r e i n i t i a t i o n s i t e s b a s e d o n t h e f r a c t o g r a p h y a n d e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o s c o p y ( E D S ) a n a l y s i s o f t h e s p e c i m e n s e x h i b i t i n g t h e l o w e s t f a t i g u e l i v e s . O v e r a l , S c h w e n d i m a n ’ s s t u d y s u g g e s t e d t h a t t h e R T f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s a t l e a s t a s g o o d a s t h e b a s e l i n e T i - 6 4 a l l o y . 3 4 1 3 ' . C l t ‘ i C . C r e e p B a c k g r o u n d C r e e p i s d e fi n e d a s t h e t i m e - d e p e n d e n t d e f o r m a t i o n o f a m a t e r i a l a t c o n s t a n t s t r e s s a n d c o n s t a n t t e m p e r a t u r e [ D i e t e r , 1 9 8 6 ] . C o n s t a n t - l o a d c r e e p t e s t i n g i s p e r f o r m e d w h e n a s p e c i m e n i s p l a c e d u n d e r c o n s t a n t l o a d w h i l e m a i n t a i n i n g a c o n s t a n t t e m p e r a t u r e , u s u a l l y g r e a t e r t h a n 0 . 4 T m ( m e l t i n g t e m p e r a t u r e o f t h e m a t e r i a l ) . F i g u r e 2 . 1 3 i l l u s t r a t e s t h e t y p i c a l s h a p e o f a c r e e p c u r v e . D u r i n g a c r e e p t e s t , s t r a i n i s m e a s u r e d u s i n g a n e x t e n s o m e t e r a n d p l o t t e d v e r s u s t i m e . T h e s l o p e o f t h e c u r v e i s d e fi n e d a s t h e c r e e p r a t e . T h e c u r v e c o n s i s t s o f t h r e e r e g i o n s . F o l l o w i n g a n i n s t a n t a n e o u s e l o n g a t i o n o f t h e s p e c i m e n , t h e c r e e p r a t e d e c r e a s e s w i t h t i m e . T h i s r e g i o n o n t h e c u r v e i s c o n s i d e r e d p r i m a r y c r e e p . T h e n t h e c r e e p r a t e r e a c h e s e s s e n t i a l l y a s t e a d y s t a t e i n w h i c h t h e c r e e p r a t e c h a n g e s l i t t l e w i t h t i m e . T h i s r e g i o n i s r e f e r r e d t o a s t h e s e c o n d a r y c r e e p . T h e c o n s t a n t c r e e p r a t e i s d u e t o a c o m p e t i n g p r o c e s s b e t w e e n s t r a i n h a r d e n i n g a n d r e c o v e r y [ G a r o f a l o ( 1 9 6 5 ) ] , w h i c h c a n b e u s e d t o s u g g e s t t h e s e c o n d a r y - c r e e p d o m i n a n t d e f o r m a t i o n m e c h a n i s m . F i n a l l y , t h e c r e e p r a t e i n c r e a s e s r a p i d l y u n t i l f r a c t u r e o c c u r s . I n g e n e r a l , c r e e p b e h a v i o r d e p e n d s o n s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e , w h e r e t h e s t e a d y - s t a t e c r e e p r a t e i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g s t r e s s a n d / o r i n c r e a s i n g t e m p e r a t u r e . 3 5 P r i m a r y S e c o n d a r y T e r t i a r y c r e e p c r e e p c r e e p F I I C N I ‘ I ‘ o " ‘ ' 0 ' ' o ' o ' ‘ " S t r a i n a d s l d t = m l n i m u m c r e e p r a t e T i m e . I F i g u r e 2 . 1 3 . I d e a l i z e d c r e e p c u r v e s h o w i n g t h e t h r e e r e g i m e s o f c r e e p . E x t e n s i v e r e s e a r c h o n t h e c r e e p b e h a v i o r h a s l e d t o t h e d e v e l o p m e n t o f m e c h a n i s m s f o r c r e e p d e f o r m a t i o n . M a j o r c r e e p d e f o r m a t i o n m e c h a n i s m s i n c l u d e d i fi u s i o n c r e e p , d i s l o c a t i o n c r e e p , a n d g r a i n b o u n d a r y s l i d i n g . M u l t i p l e c r e e p m e c h a n i s m s a r e o f t e n a c t i v a t e d a t t h e s a m e t i m e . I f t h e c r e e p m e c h a n i s m s a r e o p e r a t i n g i n d e p e n d e n t l y , t h e f a s t e s t m e c h a n i s m w i l l d o m i n a t e t h e c r e e p b e h a v i o r . I f t h e c r e e p m e c h a n i s m s a r e o p e r a t i n g i n s e q u e n c e , t h e s l o w e s t m e c h a n i s m w i l l c o n t r o l t h e c r e e p d e f o r m a t i o n [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . l . D i f f u s i o n C r e e p D i f f u s i o n c r e e p o c c u r s a t T / T m > 0 . 4 f o r o / G < 1 0 ' 4 , i n w h i c h 0 ' i s t h e c r e e p s t r e s s a n d G i s t h e s h e a r m o d u l u s o f t h e m a t e r i a l . T h i s m e c h a n i s m i n v o l v e s v a c a n c i e s a n d 3 6 i n t e r s t i t i a l s fl o w t h r o u g h a c r y s t a l u n d e r t h e i n fl u e n c e o f a p p l i e d s t r e s s [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . T h i s c a t e g o r y i n c l u d e s N a b a r r o - H e r r i n g [ N a b a r r o ( 1 9 4 8 ) , H e r r i n g ( 1 9 5 0 ) ] c r e e p a n d C o b l e [ C o b l e ( 1 9 6 3 ) ] c r e e p . I n N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p , c r e e p p r o c e s s i s c o n t r o l l e d b y s t r e s s - d i r e c t e d a t o m i c d i f f u s i o n t h r o u g h t h e c r y s t a l l a t t i c e . S t r e s s c a u s e s a c h a n g e o f c h e m i c a l p o t e n t i a l o f t h e a t o m s o n t h e g r a i n s u r f a c e s u c h t h a t v a c a n c i e s fl o w f r o m g r a i n b o u n d a r i e s e x p e r i e n c i n g t e n s i l e s t r e s s e s t o t h o s e e x p e r i e n c i n g c o m p r e s s i v e s t r e s s e s . C o r r e s p o n d i n g l y , a t o m s fl o w i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n a n d l e a d s t o e l o n g a t i o n o f t h e g r a i n . T h e s t e a d y s t a t e c r e e p r a t e f o r N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p i s g i v e n b y : ° _ D 5 0 ( 2 0 ' S S - K i d 2 k T ( 2 . 1 ) w h e r e K 1 i s a c o n s t a n t , D S D i s t h e c o e f fi c i e n t o f l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n , d i s t h e a v e r a g e g r a i n d i a m e t e r , ( 2 i s t h e v o l u m e o f a v a c a n c y , a n d k i s B o l t z m a n n ’ s c o n s t a n t [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 9 3 ) ] . N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p i s c o m m o n l y o b s e r v e d a t l o w s t r e s s a n d h i g h t e m p e r a t u r e c r e e p c o n d i t i o n s [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 9 3 ) ] . I n C o b l e c r e e p , t h e d r i v i n g f o r c e i s t h e s a m e a s t h a t f o r N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p , b u t t h e g r a i n - b o u n d a r y d i f f u s i o n p r e d o m i n a t e s . C o b l e c r e e p i s d e s c r i b e d b y ° - K D 0 3 5 9 0 ' 8 5 — 2 d 3 k T ( 2 2 ) w h e r e K 2 i s a c o n s t a n t a n d 5 i s t h e g r a i n b o u n d a r y s p a c i n g . T h i s m e c h a n i s m i s s u g g e s t e d t o b e d o m i n a n t a t l o w s t r e s s l e v e l s o f t h e s a m e m a g n i t u d e o f N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p , b u t a t l o w e r t e m p e r a t u r e s . 3 7 2 . D i s l o c a t i o n C r e e p D i s l o c a t i o n c r e e p o c c u r s f o r 1 0 ' 4 < o / G < 1 0 ' 2 , i n w h i c h d i s l o c a t i o n s m o v e a n d o v e r c o m e b a r r i e r s b y t h e r m a l l y a s s i s t e d m e c h a n i s m s i n v o l v i n g t h e d i f f u s i o n o f v a c a n c i e s o r i n t e r s t i t i a l s [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . A t e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e , i f a g l i d i n g d i s l o c a t i o n i s h e l d u p b y a n o b s t a c l e , c l i m b p r o c e s s m a y a s s i s t i t t o s u r m o u n t t h e o b s t a c l e , a l l o w i n g i t t o k e e p g l i d i n g u n t i l t h e n e x t o b s t a c l e w h e r e t h e p r o c e s s i s r e p e a t e d [ W e e r t r n a n ( 1 9 5 6 ) ] . T h e g l i d e p r o c e s s g e n e r a t e s a l m o s t a l l o f t h e s t r a i n b u t c l i m b i s t h e r a t e c o n t r o l l i n g i n g l i d e - c l i m b p r o c e s s e s s i n c e c l i m b p r o c e s s i s g o v e r n e d b y a t o m i c d i f f u s i o n [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . I n t h e d i s l o c a t i o n c r e e p r e g i m e , s t e a d y s t a t e c r e e p i s o b t a i n e d w h e n t h e r e i s a b a l a n c e b e t w e e n s t r a i n h a r d e n i n g a n d t h e r m a l r e c o v e r y d u e t o t h e r e a r r a n g e m e n t a n d a n n i h i l a t i o n o f d i s l o c a t i o n s [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . A t T / T m > 0 . 5 a n d 1 0 ' 4 < o / G < 1 0 ' 2 , t h e s t e a d y s t a t e c r e e p r a t e o f a m a t e r i a l i s u s u a l l y d e s c r i b e d u s i n g a p o w e r l a w r e l a t i o n : . n — Q 8 S = A 0 6 ‘ 4 } ? ( 2 . 3 ) w h e r e A i s a c o n s t a n t , c i s t h e a p p l i e d s t r e s s , I t i s t h e c r e e p e x p o n e n t , Q i s t h e a c t i v a t i o n e n e r g y , R i s t h e u n i v e r s a l g a s c o n s t a n t , a n d T i s t h e a b s o l u t e t e m p e r a t u r e . T h i s s e c o n d a r y c r e e p m e c h a n i s m w a s d o m i n a n t f o r t h e a p p l i e d t e m p e r a t u r e a n d s t r e s s r a n g e c h o s e n i n t h e c u r r e n t s t u d y o f B - m o d i fi e d T i a l l o y s . 3 . G r a i n B o u n d a r y S l i d i n g G r a i n b o u n d a r y s l i d i n g i n v o l v e s t h e r e l a t i v e m o v e m e n t b e t w e e n g r a i n s i n a p o l y c r y s t a l l i n e m e t a l s a n d i t i s a s h e a r p r o c e s s o c c u r s i n t h e d i r e c t i o n o f t h e g r a i n b o u n d a r y [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . I n g e n e r a l , t h e r e i s l i t t l e s t r a i n e x h i b i t e d w i t h i n t h e g r a i n s . 3 8 G r a i n b o u n d a r y s l i d i n g d o e s n o t h a v e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o s t e a d y - s t a t e c r e e p , b u t i t i s i m p o r t a n t i n i n i t i a t i n g i n t e r g r a n u l a r fi ' a c t u r e [ D i e t e r ( 1 9 8 6 ) ] . H o w e v e r , R a j a n d A s h b y [ R a j ( 1 9 7 1 ) ] s u g g e s t e d t h a t g r a i n b o u n d a r y s l i d i n g i s r e q u i r e d t o m a i n t a i n g r a i n c o n t i n u i t y d u r i n g d i f f u s i o n a l fl o w m e c h a n i s m s . S m a l l e r g r a i n s i z e u s u a l l y i n c r e a s e s t h e a m o u n t o f g r a i n b o u n d a r y s l i d i n g s i n c e t h e t o t a l n u m b e r o f g r a i n b o u n d a r i e s i n t h e m a t e r i a l i n c r e a s e s , t h e r e f o r e p r o v i d i n g m o r e c h a n c e s f o r s l i p t o o c c u r b e t w e e n g r a i n s . 4 . C r e e p S t r e s s E x p o n e n t s a n d A p p a r e n t A c t i v a t i o n E n e r g y T h e v a l u e s o f c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s ( n ) a n d a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g i e s ( Q a p p ) c a n b e u s e d t o s u g g e s t t h e d o m i n a n t m e c h a n i s m s d u r i n g s t e a d y - s t a t e c r e e p . T h e n a n d Q a p p v a l u e s a r e u s u a l l y c a l c u l a t e d u s i n g e q u a t i o n 2 . 3 a f t e r t h e m i n i m u m c r e e p r a t e i s d e t e r m i n e d f r o m t h e c r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e . T h e c r e e p e x p o n e n t i s d e t e r m i n e d b y a p p l y i n g a p o w e r l a w c u r v e fi t t o t h e l o g - l o g p l o t o f m i n i m u m c r e e p r a t e v e r s u s s t r e s s , w h i l e t h e a c t i v a t i o n e n e r g y i s d e t e r m i n e d f r o m t h e s l o p e o f t h e l e a s t s q u a r e s l i n e a r c u r v e fi t t o t h e p l o t o f t h e n a t u r a l l o g o f t h e m i n i m u m c r e e p r a t e v e r s u s l / T . I n g e n e r a l , c r e e p e x p o n e n t v a l u e s r a n g e f r o m o n e t o fi v e f o r p u r e m e t a l s a n d d i s o r d e r e d a l l o y s [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 8 5 ) ] . V a l u e s c l o s e t o u n i t y s u g g e s t t h a t v a c a n c y d i f f u s i o n i s t h e d o m i n a n t m e c h a n i s m , i n d i c a t i n g a m e c h a n i s m o f N a b a r r o - H e r r i n g o r C o b l e c r e e p . W h e n N a b a r r o - H e r r i n g c r e e p i s d o m i n a n t , Q a p p v a l u e s a r e f o u n d t o b e c l o s e t o t h o s e f o r l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n . W h e n C o b l e c r e e p i s d o m i n a n t , Q 5 , p p v a l u e s a r e t y p i c a l l y 0 . 5 — 0 . 6 o f t h o s e f o r l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n d u e t o d i f f u s i o n o f v a c a n c i e s t h r o u g h t h e g r a i n b o u n d a r i e s . 3 9 F o r g r a i n b o u n d a r y s l i d i n g , n v a l u e s a r e a p p r o x i m a t e l y t w o , a n d Q a p p v a l u e s a r e c l o s e t o t h o s e o f l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n [ G a r a f a l o ( 1 9 6 5 ) , H e r t z b u r g ( 1 9 9 6 ) ] . I W h e n d i s l o c a t i o n c r e e p i s d o m i n a n t , n v a l u e s u s u a l l y r a n g e f r o m t h r e e t o e i g h t [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 8 5 ) ] . I n t h i s r e g i m e , a c t i v a t i o n e n e r g i e s c o r r e s p o n d c l o s e l y w i t h t h o s e o f l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n . A l t h o u g h c r e e p e x p o n e n t s a n d a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g i e s c a n b e u s e d t o s u g g e s t t h e d o m i n a n t c r e e p m e c h a n i s m , t h e y a r e n o t a l w a y s r e l i a b l e e s p e c i a l l y w h e n t h e i n v e s t i g a t e d m a t e r i a l i s n o t a p u r e m e t a l . O t h e r t e c h n i q u e s n e e d t o b e u s e d t o v e r i f y t h e c r e e p m e c h a n i s m . T E M a n a l y s i s o n c r e e p - d e f o r m e d s a m p l e s i s t y p i c a l l y u s e d t o o b s e r v e d i s l o c a t i o n a c t i v i t y i n t h e m i c r o s t r u c t u r e . G r a i n b o u n d a r y s l i d i n g m a y b e d e m o n s t r a t e d b y m a k i n g a fi d u c i a l m a r k o n a p o l i s h e d a n d e t c h e d s a m p l e s u r f a c e a n d o b s e r v i n g t h e s h e a r o f f s e t w h e r e t h e m a r k c r o s s e s g r a i n b o u n d a r i e s . 5 . C r e e p o f T i - B A l l o y s R h e e e t a l . [ R h e e ( 2 0 0 3 ) ] s t u d i e d t h e c r e e p b e h a v i o r o f a T i B r e i n f o r c e d T i - 6 2 4 2 8 a l l o y p r o d u c e d b y t h e b l e n d e d e l e m e n t a l P M p r o c e s s . T h e c r e e p c o n d i t i o n s w e r e f r o m 5 5 0 — — 6 7 5 ° C u n d e r a c o n s t a n t s t r e s s o f 1 0 0 — 3 0 0 M P a i n a i r . T h e T i B p h a s e w a s f o u n d t o s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e t h e c r e e p r e s i s t a n c e a s i t i n d u c e d a s t r o n g r e t a r d a t i o n e f f e c t o n t h e d i s l o c a t i o n m o v e m e n t a t l o w t e m p e r a t u r e a n d h i g h s t r e s s . H o w e v e r , a t h i g h - t e m p e r a t u r e a n d l o w e r - s t r e s s c o n d i t i o n s , t h e r e t a r d a t i o n e f f e c t o f t h e T i B r e i n f o r c e m e n t w a s r e d u c e d , e s s e n t i a l l y r e n d e r i n g t h e T i B w h i s k e r s i r r e l e v a n t i n t h e c r e e p p r o c e s s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t w a s d e t e r m i n e d t o b e 5 . 2 i n t h i s a l l o y , s u g g e s t i n g d i s l o c a t i o n c r e e p t o b e t h e d o m i n a n t s e c o n d a r y c r e e p m e c h a n i s m . 4 0 K a w a b a t a e t a l . [ K a w a b a t a ( 2 0 0 4 ) ] i n v e s t i g a t e d t h e c r e e p b e h a v i o r o f T i B - r e i n f o r c e d T i i n t h e B - p h a s e fi e l d ( 1 2 0 0 ° C ) a n d o b s e r v e d t h a t t h e r e i n f o r c e d T i d e m o n s t r a t e d g r e a t e r c r e e p r e s i s t a n c e t h a n t h e m o n o l i t h i c T i f o r a l l t h e s t u d i e d s t r e s s l e v e l s . T h e y a l s o s u g g e s t e d t h a t i f t h e m i s fi t s t r a i n b e t w e e n t h e T i B r e i n f o r c e m e n t a n d t h e T i m a t r i x i s a c c o m m o d a t e d b y d i f fi r s i o n i m m e d i a t e l y , t h e l o a d t r a n s f e r e f f e c t i s e l i m i n a t e d . T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e c o m p r e s s i v e fl o w p r o p e r t i e s o f a T i B - r e i n f o r c e d T i a l l o y a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e , s t r a i n r a t e , a n d t h e T i B w h i s k e r v o l u m e f r a c t i o n w a s s t u d i e d b y K u m a r i e t a l . [ K u m a r i ( 2 0 0 4 ) ] . T h e fl o w s t r e s s w a s f o u n d t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g s t r a i n r a t e a n d d e c r e a s i n g t e m p e r a t u r e . A h i g h e r v o l u m e f r a c t i o n o f T i B w h i s k e r s a l s o i n c r e a s e d t h e fl o w s t r e s s a t a g i v e n t e m p e r a t u r e a n d s t r a i n r a t e . 4 1 C H A P T E R 3 E X P E R I M E N T A L P R O C E D U R E T h i s c h a p t e r d e s c r i b e s t h e e x p e r i m e n t a l a n d a n a l y t i c a l m e t h o d s e m p l o y e d t o c a r r y o u t t h i s r e s e a r c h . D e s c r i p t i o n s a r e g i v e n f o r t h e m a t e r i a l p r o c e s s i n g d e t a i l s , s a m p l e p r e p a r a t i o n , m i c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i z a t i o n , e q u i p m e n t a n d m e t h o d s u s e d f o r t h e t e n s i l e , c r e e p , i n - s i t u c r e e p , f a t i g u e , a n d i n - s i t u f a t i g u e t e s t i n g . A . M a t e r i a l P r o c e s s i n g 1 . A s - c a s t T i - 6 4 — x B a n d T i - 6 2 4 Z S - X B A l l o y s C a s t i n g s o f 7 0 m m d i a m e t e r a n d 5 0 0 m m l e n g t h w e r e p r o d u c e d f o r T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s a t F l o w s e r v e C o r p o r a t i o n , D a y t o n , O h i o v i a i n d u c t i o n s k u l l m e l t i n g ( F i g u r e 3 . 1 ) . T h e i n d u c t i o n c o i l s a r e l a b e l e d i n F i g u r e 3 . 1 a . T h e m e l t w a s t h e n p o u r e d i n t o a c r u c i b l e a n d s l o w c o o l e d t o R T , s e e F i g u r e 3 . 1 b . A l l c a s t i n g s w e r e h o t i s o s t a t i c a l l y p r e s s e d ( H I P p e d ) a t 9 0 0 ° C a n d 1 0 0 M P a f o r t w o h o u r s t o r e m o v e p o r o s i t y d u r i n g t h e s o l i d i fi c a t i o n p r o c e s s ( F i g u r e 3 . 2 ) . T h i s c o n d i t i o n r e p r e s e n t e d t h e a s - c a s t s t a t e . 4 2 F i g u r e 3 . 1 . I n d u c t i o n S c u l l M e l t i n g P r o c e s s . ( a ) T h e m e l t i n g f u m a c e , a n d ( b ) p o u r i n g o f t h e m e l t i n t o t h e c r u c i b l e . ( C o u r t e s y : S c o t t R e e d , F l o w S e r v e C o r p . ) F i g u r e 3 . 2 . C a s t i n g o t o f T i - 6 4 - x B o r T i - 6 2 4 2 S - x B ( 7 0 m m d i a m e t e r H I P p e d a t 9 0 0 ° C / 1 0 0 M P a f o r 2 h r s ) . T h e r u l e r l e n g t h i s 1 2 i n ( ~ 3 0 c m ) . 4 3 2 . C a s t - a n d - e x t r u d e d ( C E ) T i - 6 4 - x B a l l o y s A p o r t i o n o f e a c h T i - 6 4 - x B c a s t i n g w a s s e c t i o n e d a n d c a n n e d i n c o m m e r c i a l l y - p u r e T i i n p r e p a r a t i o n f o r e x t r u d i n g . T h e e x t r u s i o n s w e r e p e r f o r m e d i n t h e B — p h a s e fi e l d a t 1 1 0 0 ° C u s i n g a 1 2 : 1 r e d u c t i o n r a t i o a n d t h e s t r a i n r a t e w a s 1 3 ' 1 ( F i g u r e 3 . 3 ) . T h e fi n a l d i a m e t e r o f t h e e x t r u d e d r o d s w a s a p p r o x i m a t e l y 2 0 m m a n d t h i s r e p r e s e n t e d t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d s t a t e . D i e 7 b ‘ - ‘ k \ \ \ \ \ \ E x t r u s i o n » _ W ‘ — ‘ T / W D i r e c t E x t r u s i o n F i g u r e 3 . 3 . D i a g r a m s h o w i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e s s . 3 . P M R o l l e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y T h e p r e - a l l o y e d T i - 6 4 - 1 B ( T i - 6 A l - 4 V - l B - 0 . 0 5 C - 0 . l 1 0 ) p o w d e r w a s m a d e b y i n d u c t i o n s k u l l m e l t i n g f o l l o w e d b y i n e r t g a s a t o m i z a t i o n i n C r u c i b l e R e s e a r c h C o r p o r a t i o n ( P i t t s b u r g h , P A ) ( F i g u r e 3 . 4 ) . T h e p o w d e r w a s t h e n p r o v i d e d t o F M W C o m p o s i t e s I n c . f o r t h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g ( s t e p s o u t l i n e d i n F i g u r e 3 . 5 ) . T h e p o w d e r e x h i b i t e d a m a r t e n s i t e m i c r o s t r u c t u r e [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . T h e d e t a i l e d a t o m i z a t i o n p r o c e s s w a s d e s c r i b e d b y D r . Y o u t o n [ Y o l t o n ( 2 0 0 7 ) ] : 4 4 “ T h e T i g a s - a t o m i z a t i o n u n i t c o n s i s t s o f a m e l t i n g c h a m b e r , a n a t o m i z a t i o n t o w e r , a n d a c y c l o n e c o l l e c t o r . T h e b o r o n i s t y p i c a l l y a d d e d a s T i B ; p o w d e r , a n d c a r b o n i s a d d e d a s g r a p h i t e p o w d e r . A s t h e c h a r g e i s m e l t e d , a s k u l l f o r m s a t t h e c r u c i b l e b o t t o m a n d w a l l s o t h e m o l t e n a l l o y i s a l w a y s c o n t a i n e d i n a s o l i d s k u l l o f r o u g h l y t h e s a m e c o m p o s i t i o n . A f t e r t h e c h a r g e i s f u l l y m e l t e d a n d h o m o g e n i z e d , i t i s b o t t o m p o u r e d a n d a t o m i z e d w i t h h i g h - p r e s s u r e A r g a s . T h e a t o m i z a t i o n g a s c a r r i e s t h e p o w d e r t o t h e c y c l o n e w h e r e t h e p o w d e r i s c o l l e c t e d i n a r e m o v a b l e c a n i s t e r . A f t e r c o o l i n g u n d e r a n A r a t m o s p h e r e t o r o o m t e m p e r a t u r e , t h e p o w d e r i s r e m o v e d f o r f u r t h e r p r o c e s s i n g . ” F i g u r e 3 . 4 . T i a t o m i z a t i o n t o w e r a n d c y c l o n e a t C r u c i b l e R e s e a r c h C o r p o r a t i o n u s e d t o m a k e T i - 6 4 - 1 B p o w d e r v i a p r e - a l l o y e d a p p r o a c h . T h e h e i g h t o f t h e r o o m i s a b o u t 5 m . [ Y o l t o n ( 2 0 0 7 ) ] 4 5 P r e - a l l o y e d T i - 6 4 - 1 B P o w d e r I D e g a s a n d S e a l ( R T , 2 4 h r s ; 3 0 0 ° C , 2 4 h r s ) I H o t I s o s t a t i c P r e s s i n g ( 1 0 1 8 ° C , 1 0 3 M P a , 3 h r s ) I H e a t T r e a t m e n t ( 1 3 0 0 ° C , 6 h r s ) 1 P l a t e R o l l i n g I A n n e a l i n g ( 7 6 0 ° C , 1 h r ) F i g u r e 3 . 5 . T h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g s t e p s f o r P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e T i - 6 4 - 1 B p o w d e r w a s c l a s s i fi e d a s - 3 5 m e s h ( < 5 0 0 p m i n d i a m e t e r ) [ Y o l t o n ( 2 0 0 7 ) ] . D e g a s s i n g , s e a l i n g , H I P p i n g , a n d h e a t t r e a t m e n t w e r e u s e d ( F i g u r e 3 . 5 ) . T w o T i - 6 4 - 1 B p o w d e r c o m p a c t s , w e i g h i n g 1 . 6 k N ( 3 6 0 l b s ) e a c h w e r e H I P p e d a t 1 0 1 8 ° C / 1 0 3 M P a f o r t h r e e h o u r s f o l l o w e d b y h e a t t r e a t m e n t a t 1 3 0 0 ° C f o r 6 h o u r s a t B o d y c o t e i n L o n d o n , O H . T h e m a t e r i a l w a s d e l i v e r e d t o t h e M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e s C o r p o r a t i o n ( M S C ) i n O a k R i d g e , T N f o r r o l l i n g . T h e M S C O a k r i d g e f a c i l i t y u s e d a 4 - h i g h r e v e r s i n g m i l l w i t h 4 7 c m d i a m e t e r r o l l s a n d 2 2 . 2 x 1 0 3 k N o f s e p a r a t i n g f o r c e ( F i g u r e 3 . 6 ) . T h e b i l l e t w a s l o a d e d i n t o a f u m a c e a n d h e a t e d t o 1 1 0 0 ° C . E a c h b i l l e t w a s h e l d f o r s e v e r a l h o u r s i n t h e f u r n a c e t o e n s u r e t h e r m a l s o a k , a n d w a s t h e n t r a n s f e r r e d t o 4 6 t h e r o l l i n g m i l l w i t h a t o t a l t r a n s f e r t i m e o f a b o u t 3 0 s e c o n d s ( F i g u r e 3 . 7 ) . A f t e r t h e fi r s t r o u n d o f 8 p a s s e s w a s c o n d u c t e d o n t h e b i l l , t h e s u r f a c e t e m p e r a t u r e d r o p p e d t o 9 5 0 ° C ( B t r a n s u s t e m p e r a t u r e i s ~ 1 0 0 0 ° C ) . T h e p l a t e w a s t h e n r e h e a t e d t o 1 1 0 0 ° C . T h e h e a t i n g — r o l l i n g p r o c e s s w a s d o n e 3 t i m e s i n t o t a l . T h e p l a t e w a s c u t i n t o t w o p i e c e s a n d fl a t t e n e d a n d s t r e s s r e l i e f a n n e a l e d a t 7 6 0 ° C f o r 1 h o u r a n d a i r c o o l e d ( F i g u r e 3 . 8 ) . T h i s r e p r e s e n t e d t h e P M r o l l e d c o n d i t i o n . F i g u r e 3 . 6 . R o l l i n g m i l l a t M a n u f a c t u r i n g S c i e n c e s C o r p o r a t i o n ( O a k R i d g e , T N ) f a c i l i t y . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) F i g u r e 3 . 7 . T i - 6 4 - 1 B b i l l e t t r a n s f e r r e d f r o m f u r n a c e t o r o l l i n g m i l l . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) 4 7 . i x - ‘ S e a t t l e : , F i g u r e 3 . 8 . F i n a l p l a t e s o f P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y . ( C o u r t e s y o f D r . T a m i r i s a k a n d a l a ) 4 . P M E x t r u d e d T i — 6 4 - 1 B A l l o y T h e p r e - a l l o y e d T i — 6 4 - 1 B p o w d e r w a s t h e s a m e a s u s e d f o r P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . O n e k i l o g r a m o f p o w d e r w a s p a c k e d i n s i d e a t h i c k - w a l l e d T i - 6 4 c a n o f 7 0 m m d i a m e t e r a n d 1 3 0 m m l e n g t h . T h e c a n w a s s e a l e d a n d h e a t e d t o 1 2 0 0 ° C , s o a k e d f o r 3 6 0 0 s e c o n d s , a n d c o m p a c t e d i n a n e x t r u s i o n c h a m b e r u s i n g a b l i n d - d i e . T h e c o m p a c t w a s h e l d a t a p r e s s u r e o f 1 4 0 0 M P a f o r 1 8 0 s e c o n d s f o l l o w e d b y a i r - c o o l i n g t o R T . A l e n g t h r e d u c t i o n o f a p p r o x i m a t e l y 3 0 % o c c u r r e d d u r i n g c o m p a c t i o n , a n d f u l l d e n s i t y w a s a c h i e v e d . T h e c o m p a c t w a s t h e n e x t r u d e d a t 1 1 0 0 ° C i n t h e B - p h a s e fi e l d t h r o u g h a c o n i c a l d i e u s i n g a 1 6 : 1 e x t r u s i o n r a t i o ( s t e p s o u t l i n e d i n F i g u r e 3 . 9 ) . T h i s r e p r e s e n t e d t h e P M e x t r u d e d c o n d i t i o n . 4 8 P r e - a l l o y e d T i - 6 4 - 1 B P o w d e r P a c k a n d H e a t ( 1 2 0 0 ° C , 3 6 0 0 s e c s ) P r e s s i n g ( 1 2 0 0 ° C , 1 4 0 0 M P a , 1 8 0 s e c s ) A i r C o o l i n g t o R T E x t r u d i n g ( 1 1 0 0 ° C , 1 6 : 1 e x t r u s i o n r a t i o ) F i g u r e 3 . 9 . T h e r m o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g s t e p s f o r P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y . 4 9 B . M i c r o s t r u c t u r a l C h a r a c t e r i z a t i o n 1 . C h e m i c a l C o m p o s i t i o n A n a l y s i s T h e b u l k a l l o y c o m p o s i t i o n s o f t h e s t u d i e d a l l o y s w e r e m e a s u r e d t h r o u g h I n d u c t i v e l y C o u p l e d P l a s m a O p t i c a l E m i s s i o n S p e c t r o s c o p y a n d I n e r t G a s F l u o r e s c e n c e . T o d e t e r m i n e t h e a t o m i c p e r c e n t a g e s o f T i , A l , V , B , M o , Z r , S n , M o , a n d S i i n e a c h p h a s e , m i c r o p r o b e a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d o n a J E O L J X A - 8 2 0 0 W D / E D c o m b i n e d m i c r o a n a l y z e r o p e r a t e d a t 1 0 k V a n d a n e m i s s i o n c u r r e n t o f a p p r o x i m a t e l y 5 5 H A . T h e l o w a c c e l e r a t i n g v o l t a g e u s e d w a s c h o s e n t o m i n i m i z e t h e o v e r l a p f r o m t h e 0 i + B p h a s e s a n d t h e T i B w h i s k e r s . T h e s t a n d a r d s u s e d w e r e T i B 2 f o r T i a n d B a s w e l l a s p u r e A l a n d V m e t a l s f o r A l a n d V . T h e c r y s t a l s u s e d w e r e L i F H f o r V a n d T i , T A P f o r A l a n d a L D E Z f o r B . T h e m i n i m u m l e v e l o f d e t e c t a b l e S i u s i n g t h e t e c h n i q u e e m p l o y e d w a s e s t i m a t e d t o b e 0 . 0 1 w t . % , w h i l e f o r M o a n d B t h e m i n i m u m d e t e c t a b l e l e v e l w a s e s t i m a t e d t o b e 0 . 1 - 0 . 2 w t . % . 2 . M e t a l l o g r a p h y P r e p a r a t i o n T h e a s - p r o c e s s e d m a t e r i a l s w e r e p r e p a r e d f o r i m a g i n g u s i n g S E M b y s e c t i o n i n g t h e m a t e r i a l i n t o t h r e e d i f f e r e n t o r i e n t a t i o n s a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 0 ( l a b e l e d f a c e ( F ) , t r a n s v e r s e ( T ) , a n d l o n g i t u d i n a l ( L ) ) . T h e s e c t i o n s w e r e m a d e u s i n g a B u e h l e r I s o m e t T M l o w s p e e d s a w w i t h a d i a m o n d b l a d e . S e c t i o n e d s a m p l e s w e r e c l e a n e d a n d m o u n t e d i n K o n d u c t o m e t T M u s i n g a B u e h l e r P n e u m e t ® - I m o u n t i n g p r e s s f o r m i n g 2 . 5 4 c m d i a m e t e r m o u n t s . T h e m o u n t s w e r e fi r s t c o l l e c t i v e l y g r o u n d u s i n g S i C p a p e r o f s u c c e s s i v e l y fi n e r g r i t s i z e o f 6 0 g r i t ( 1 m i n u t e ) , 2 4 0 g r i t ( 2 m i n u t e s ) , 4 0 0 g r i t ( 2 m i n u t e s ) , a n d t h e n 6 0 0 g r i t 5 0 ( 2 m i n u t e s ) . T h e y w e r e t h e n p o l i s h e d w i t h 6 p m a n d 1 p m d i a m o n d p a s t e s u s p e n s i o n s f o r 1 0 m i n u t e s , r e s p e c t i v e l y . C o l l o i d a l s i l i c a c o n t a i n i n g a n a v e r a g e p a r t i c l e s i z e o f 0 . 0 5 u m w a s u s e d f o r t h e fi n a l p o l i s h i n g ( 2 0 m i n u t e s ) t o p r o d u c e a m i r r o r fi n i s h . A f t e r p o l i s h i n g , t h e s u r f a c e o f t h e m o u n t e d s a m p l e s w a s r i n s e d i n a c e t o n e a n d e t h a n o l t o r e m o v e a n y r e s i d u a l c o l l o i d a l s i l i c a s o l u t i o n . T e s t i n g D i r e c t i o n « — — - > F a c e 1 I i i « i L o n g i t u d i n a l F i g u r e 3 . 1 0 . A s c h e m a t i c o f t h e t h r e e d i f f e r e n t s h e e t o r i e n t a t i o n s w h i c h w e r e e v a l u a t e d f o r t h e m a t e r i a l s i n t h e m i c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i z a t i o n . 3 . M i c r o s c o p y 3 . 1 S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y T h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e w a s c h a r a c t e r i z e d u s i n g B a c k S c a t t e r e d E l e c t r o n ( B S E ) m o d e o n a C a m S c a n 4 4 F E fi e l d e m i s s i o n S E M . W h e n i m a g i n g i n t h e B S E m o d e , t h e c o n t r a s t i n t h e m i c r o g r a p h s d e p e n d s o n t h e a t o m i c n u m b e r o f t h e m a t e r i a l e l e m e n t b e i n g b o m b a r d e d w i t h e l e c t r o n s i n t h e S E M . T h e n u m b e r o f b a c k s c a t t e r e d e l e c t r o n s e s c a p i n g fi ' o m t h e s a m p l e i s p r o p o r t i o n a l t o t h e a t o m i c n u m b e r o f t h e m a t e r i a l b e i n g i m a g e d 5 1 [ F l e g l e r ( 1 9 9 3 ) ] . T h e r e f o r e , p h a s e s c o n t a i n i n g l i g h t e r e l e m e n t s e x h i b i t d a r k e r c o n t r a s t c o m p a r e d t o p h a s e s c o n t a i n i n g h e a v i e r e l e m e n t s . T h e B S E p h o t o g r a p h s w e r e u s e d t o d e t e r m i n e t h e g r a i n s i z e , c o l o n y s i z e , l a t h w i d t h , a n d p h a s e v o l u m e p e r c e n t a g e . P h a s e v o l u m e p e r c e n t a g e w a s d e t e r m i n e d u s i n g I m a g e ] i m a g e a n a l y s i s s o f t w a r e . T h i s s o f t w a r e c a n s h a d e t h e p i x e l s w i t h i n t h e p h a s e s t o d i f f e r e n t c o n t r a s t s a n d t h e n e v a l u a t e t h e m w i t h a n a r e a — f r a c t i o n a n a l y s i s m a c r o . T h e m a c r o c o u n t s t h e s h a d e d p i x e l s a n d d i v i d e s t h a t v a l u e b y t h e t o t a l n u m b e r o f p i x e l s i n t h e i m a g e . T h e a v e r a g e e q u i a x e d g r a i n s i z e a n d a - , B - l a t h w i d t h s o f t h e s t u d i e d a l l o y s w e r e d e t e r m i n e d u s i n g t h e M e a n L i n e I n t e r c e p t M e t h o d [ H i l l i a r d ( 1 9 6 4 ) ] . T h e l a t h w i d t h s o f e a c h a l l o y w e r e m e a s u r e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e l a t h s f o r o v e r 3 0 0 l a t h s f o r e a c h o f t h e o r a n d B p h a s e s . T h e a v e r a g e d i a m e t e r s ( o v e r 3 0 0 g r a i n s w e r e m e a s u r e d ) w e r e m u l t i p l i e d b y 1 . 7 4 t o o b t a i n t h e a v e r a g e g r a i n s i z e o f e q u i a x e d ( 1 . g r a i n . 3 . 2 T r a n s m i s s i o n E l e c t r o n M i c r o s c o p y 1 T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( T E M ) a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d u s i n g a H i t a c h i H F - 3 3 O O T E M / S T E M a t 3 0 0 k V . T h e s a m p l e s w e r e g r o u n d t o a t h i c k n e s s o f a p p r o x i m a t e l y 1 5 0 n m t h e n p u n c h e d i n t o 3 m m d i a m e t e r d i s c s . T h e d i s c s w e r e t h e n h a n d p o l i s h e d t o a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 p m t h i c k u s i n g 2 4 0 0 g r i t s i l i c o n c a r b i d e p a p e r a n d e l e c t r o p o l i s h e d t o p e r f o r a t i o n a t a t e m p e r a t u r e o f - 1 5 ° C u s i n g a S t r u e r s ( W e s t l a k e , O H ) T e n u P o l - S e l e c t r o p o l i s h i n g u n i t a t 2 8 v o l t s . T h e e l e c t r o p o l i s h i n g s o l u t i o n c o n t a i n e d 6 0 % m e t h a n o l , 3 3 . 5 % 2 - B u t o x y e t h a n o l , 6 % P e r c h l o r i c A c i d , a n d 0 . 5 % G l y c e r i n . 5 2 4 . E B S D A n a l y s i s E l e c t r o n b a c k s c a t t e r d i f f r a c t i o n ( E B S D ) , p e r f o r m e d u s i n g h a r d w a r e a n d s o f t w a r e m a n u f a c t u r e d b y E D A X - T S L , I n c ( M a h w a h , N J ) , w a s u s e d t o e v a l u a t e t h e m i c r o s t r u c t u r e s . S p a t i a l l y - r e s o l v e d E B S D m a p s w e r e a c q u i r e d a t 2 0 - 3 0 k e V u s i n g a s t e p s i z e r a n g i n g b e t w e e n 0 . 2 - 1 . 0 p m o n s a m p l e s p o l i s h e d t h r o u g h c o l l o i d a l s i l i c a ( 0 . 0 6 p m a v e r a g e p a r t i c l e d i a m e t e r ) . 5 . X - r a y D i f f r a c t i o n A n a l y s i s X - r a y D i f f r a c t i o n ( X R D ) 2 0 s c a n s w e r e c o l l e c t e d f r o m 2 0 - 1 2 0 ° a t a s t e p s i z e o f 0 . 0 1 6 7 ° u s i n g a X ’ P e r t P r o M P D d i f f r a c t o m e t e r ( P A N a l y t i c a l , I n c . , A l m e l o , N e t h e r l a n d s ) w i t h c o p p e r K , r a d i a t i o n . X R D p o l e fi g u r e s o n a 5 ° b y 5 ° g r i d w e r e a c q u i r e d u s i n g a P T S g o n i o m e t e r ( S c i n t a g , I n c . S u n n y v a l e , C A ) w i t h c h r o m i u m K , r a d i a t i o n o v e r a t i l t r a n g e f r o m 0 - 7 5 ° . 5 3 C . M e c h a n i c a l T e s t i n g 1 . S a m p l e C o n fi g u r a t i o n 1 . 1 T e n s i l e , C r e e p a n d F a t i g u e E x p e r i m e n t s T h e a l l o y c a s t i n g s , p l a t e s , a n d e x t r u s i o n b a r s w e r e c u t i n t o f l a t d o g b o n e s p e c i m e n s w h o s e d i m e n s i o n s m e a s u r e d 1 2 5 m m i n l e n g t h w i t h a 1 2 . 5 m m w i d e r e d u c e d g a g e s e c t i o n . F o r t h e c a s t i n g s a n d e x t r u s i o n b a r s , s a m p l e s w e r e o u t a l o n g t h e a x i s o f t h e c a s t i n g s o r e x t r u s i o n b a r s ( F i g u r e 3 . 1 1 a ) . F o r t h e p l a t e s , s a m p l e s w e r e o u t a l o n g t h e r o l l i n g d i r e c t i o n ( F i g u r e 3 . 1 1 b ) . F i g u r e 3 . 1 2 s h o w s t h e r e a l d i m e n s i o n o f t h e d o g b o n e s a m p l e s . I n g o t a x i s o r — , _ — E x t r u s r o n b a r a x r s — R o l l i n g d i r e c t i o n — — F i g u r e 3 . 1 1 . S a m p l e c u t t i n g d i r e c t i o n o f t h e ( a ) c a s t i n g s a n d e x t r u s i o n b a r s , a n d ( b ) r o l l e d p l a t e s . 5 4 1 . 0 7 0 i n F i g u r e 3 . 1 2 . P h o t o o f t h e s a m p l e u s e d f o r t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e t e s t i n g . 1 . 2 I n - s i t u E x p e r i m e n t s F o r t h e i n - s i t u t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e e x p e r i m e n t s , s p e c i a l l y - d e s i g n e d s p e c i m e n s c o n t a i n i n g a g a g e s e c t i o n o f 1 0 m m i n l e n g t h w e r e u s e d . P r i o r t o t e s t i n g , i n - s i t u s p e c i m e n s w e r e g l u e d t o a m e t a l l i c p l a t e n a n d p o l i s h e d t h r o u g h a 0 . 0 6 u m c o l l o i d a l s i l i c a fi n i s h u s i n g a n a u t o m a t i c p o l i s h i n g m a c h i n e , w h i c h a l l o w e d f o r o p t i m a l a n a l y s i s u s i n g B S E S E M . A n i m a g e o f t h e s p e c i m e n g e o m e t r y u s e d i s p r o v i d e d i n F i g u r e 3 . 1 3 . F i g u r e 3 . 1 3 . A p h o t o g r a p h o f t h e d o g b o n e s u s e d f o r i n - s i t u t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e t e s t i n g . 5 5 " .‘l. 1 . 3 T e n s i l e E x p e r i m e n t s i n T r a n s v e r s e D i r e c t i o n I n o r d e r t o e v a l u a t e t h e a n i s o t r o p y o f t h e s t u d i e d a l l o y s , s a m p l e s o f s p e c i a l d i m e n s i o n w e r e E D M o u t a l o n g t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n o f t h e a l l o y b a r s o r p l a t e s . S p e c i a l g r i p m a d e o f N i - b a s e d s u p e r a l l o y ( I N 7 1 8 ) w a s a l s o E D M c u t t o fi t t h e s a m p l e s f o r t e n s i l e t e s t s u s i n g t h e E r n e s t F u l l a m T e n s i l e S t a g e ( E r n e s t F . F u l l a m , I n c . , C l i f t o n P a r k , N Y ) . A n i m a g e o f t h e g e o m e t r y o f t h e s p e c i m e n a n d g r i p i s p r o v i d e d i n F i g u r e 3 . 1 4 . I ; ‘ l . . fl i ” L : H O i i i i m i i j i i i i i i i i i i i i _ , . . ” i “ i l l l l l l l l l l l l l l l l l l i l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l i n ( a ) ( b ) F i g u r e 3 . 1 4 . ( a ) A s a m p l e E D M c u t f r o m t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x t r u s i o n b a r a n d t h e I N 7 1 8 g r i p , a n d ( b ) S l i c e d s a m p l e fi t i n t o t h e I N 7 1 8 g r i p . 5 6 2 . C o n v e n t i o n a l M e c h a n i c a l T e s t i n g 2 . 1 T e n s i l e T e s t i n g R o o m t e m p e r a t u r e ( R T ) a n d E l e v a t e d t e m p e r a t u r e ( 4 5 5 ° C ) t e n s i l e e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d i n l a b o r a t o r y a i r , u s i n g a h o r i z o n t a l s e r v o - h y d r a u l i c t e s t m a c h i n e ( F i g u r e 3 . 1 5 a n d F i g u r e 3 . 1 6 ) . T h e s p e c i m e n s w e r e p r e c i s e l y a l i g n e d , e n s u r i n g t r u l y u n i a x i a l l o a d i n g , u s i n g u n i q u e l y - d e s i g n e d f r i c t i o n g r i p s . T h e d i s p l a c e m e n t w a s c o n t r o l l e d b y a n M T S F l e x T e s t S E C o n t r o l l e r u s i n g B a s i c T e s t w a r e s o f t w a r e . S t r a i n w a s m o n i t o r e d u s i n g a n a l u m i n a - r o d h i g h - t e m p e r a t u r e e x t e n s o m e t e r , w i t h a 1 2 m m g a g e l e n g t h , a t t a c h e d t o t h e g a g e s e c t i o n o f t h e s p e c i m e n . T h e h e a t i n g u n i t c o n t a i n e d e i g h t q u a r t z l a m p s , t w o b a n k s o f f o u r l a m p s e a c h , o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g a x i s , o n e a b o v e a n d o n e b e l o w t h e s p e c i m e n . A 2 5 m m s e c t i o n i n t h e c e n t e r o f t h e s p e c i m e n w a s u n i f o r m l y h e a t e d ( 2 5 5 ° C o f t h e t a r g e t t e m p e r a t u r e ) , w h i l e t h e s p e c i m e n e n d s w e r e k e p t n e a r a m b i e n t t e m p e r a t u r e t h r o u g h t h e u s e o f t h e w a t e r - c o o l e d f r i c t i o n g r i p s . F o u r t h e r m o c o u p l e s w e r e a t t a c h e d t o t h e g a u g e s e c t i o n o f t h e s a m p l e s t o c o n t r o l a n d m o n i t o r t e m p e r a t u r e . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e t e s t s i n c o r p o r a t e d a 9 0 0 s e c o n d r a m p t o t e m p e r a t u r e w i t h a m i n i m u m o f 2 0 m i n u t e s s o a k i n g t i m e b e f o r e l o a d i n g i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e t h e r m a l s t r e s s e s . S u c h t e s t s w e r e c o n d u c t e d u s i n g a d i s p l a c e m e n t r a t e o f a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 2 5 4 m m / s . S t r a i n w a s m o n i t o r e d u s i n g a n a l u m i n a - r o d h i g h - t e m p e r a t u r e e x t e n s o m e t e r , w i t h a 1 2 m m g a g e l e n g t h , a t t a c h e d t o t h e g a g e s e c t i o n o f t h e s p e c i m e n . T h e Y S , U T S , 8 f w e r e d e t e r m i n e d t h r o u g h t h e t e n s i l e d a t a . T h e Y o u n g ’ s m o d u l u s w a s c a l c u l a t e d u s i n g l i n e a r r e g r e s s i o n m e t h o d s o n t h e e l a s t i c p o r t i o n o f t h e s t r e s s / s t r a i n d a t a . T h e a v e r a g e t e n s i l e p r o p e r t i e s ( a t l e a s t 2 t e s t s p e r c o n d i t i o n ) w e r e r e p o r t e d a t R T a n d 4 5 5 ° C . 5 7 F i g u r e 3 . 1 6 . H o r i z o n t a l s e r v o - h y d r a u l i c t e s t i n g f r a m e s h o w i n g a g r i p p e d s a m p l e w i t h a n a t t a c h e d e x t e n s o m e t e r a n d t w o b a n k s o f q u a r t z l a m p s . 5 8 2 . 2 C r e e p T e s t i n g O p e n - a i r , c o n s t a n t l o a d t e n s i l e c r e e p e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d o n v e r t i c a l A p p l i e d T e s t S y s t e m , I n c o r p o r a t e d ( A T S ) l o a d f r a m e s w i t h 2 0 : 1 l e v e r - a r m r a t i o ( 2 4 1 0 a n d 2 7 1 0 s e r i e s ) o r 5 : 1 l e v e r - a r m r a t i o ( 2 4 3 0 s e r i e s ) , s e e F i g u r e 3 . 1 7 . T h e t e s t t e m p e r a t u r e s a n d a p p l i e d s t r e s s e s r a n g e d b e t w e e n 4 0 0 - 5 6 5 ° C a n d 1 3 8 - 6 0 0 M P a , r e s p e c t i v e l y . T h e l o a d c e l l s o f t h e c r e e p f r a m e s w e r e l o c a t e d a b o v e t h e w e i g h t s ( s e e F i g u r e 3 . 1 7 ) , s o t h e s p e c i m e n s c o u l d b e e x a m i n e d a t l o a d s u p t o 2 0 t i m e s ( f o r 2 4 1 0 a n d 2 7 1 0 s e r i e s ) o r 5 t i m e s ( f o r 2 4 3 0 s e r i e s ) t h e m a x i m u m c a p a c i t y o f t h e l o a d c e l l . A l t h o u g h t h e e x p e r i m e n t s w e r e c o n s t a n t l o a d , i n m o s t c a s e s t h e r e d u c t i o n i n c r o s s - s e c t i o n a l a r e a w a s n o t s u f f i c i e n t t o s i g n i fi c a n t l y a l t e r t h e s t r e s s . T h e r e f o r e , t h e s t r e s s e s w e r e a s s u m e d t o b e c o n s t a n t . S t r a i n w a s m e a s u r e d u s i n g a 2 5 . 4 m m g a g e l e n g t h A T S h i g h - t e m p e r a t u r e e x t e n s o m e t e r a t t a c h e d d i r e c t l y t o t h e s p e c i r n e n ’ s g a g e l e n g t h . L i n e a r v a r i a b l e d i f f e r e n t i a l t r a n s f o r m e r s , w i t h a s t r a i n r e s o l u t i o n o f 0 . 0 0 0 1 , w e r e u s e d t o t r a c k t h e d i s p l a c e m e n t o f t h e e x t e n s o m e t e r s a n d o u t p u t t h e d a t a t o t h e c o m p u t e r i z e d d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m ( L a b v i e w V e r s i o n 7 . 1 ) . T h e d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m c o l l e c t e d l o a d , s t r a i n , a n d t i m e d a t a a t d e s i r e d t i m e i n t e r v a l s . S p e c i m e n t e m p e r a t u r e s w e r e m o n i t o r e d b y t h r e e c h r o m e l - a l u m e l t y p e K t h e r m o c o u p l e s l o c a t e d w i t h i n t h e r e d u c e d s e c t i o n o f t h e s p e c i m e n . T w o t h e r m o c o u p l e s w e r e s p o t - w e l d e d d i r e c t l y t o t h e g a g e s e c t i o n o f t h e s a m p l e . A n o t h e r t h e r m o c o u p l e w a s p l a c e d n e a r t h e g a g e o f t h e s a m p l e . T a r g e t e d t e m p e r a t u r e s w e r e m a i n t a i n e d w i t h i n i 3 ° C . T h e e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d s u c h t h a t t h e s p e c i m e n s w e r e s o a k e d a t t h e c r e e p t e m p e r a t u r e f o r a t l e a s t 6 0 m i n u t e s p r i o r t o a p p l y i n g l o a d i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e t h e r m a l s t r e s s e s . A f t e r t h e c r e e p s t r a i n h a d p r o c e e d e d w e l l i n t o t h e s e c o n d a r y r e g i m e a n d 5 9 ' L I " : a s t e a d y - s t a t e c r e e p r a t e w a s a c h i e v e d , e i t h e r t h e l o a d o r t e m p e r a t u r e w a s c h a n g e d o r t h e c r e e p t e s t w a s d i s c o n t i n u e d . T h e t e s t e d s p e c i m e n s w e r e c o o l e d u n d e r l o a d t o m i n i m i z e r e c o v e r y o f t h e d e f o r m e d s t r u c t u r e s . S e l e c t e d s p e c i m e n s w e r e t a k e n t o f a i l u r e . C a l c u l a t e d s t e a d y - s t a t e c r e e p r a t e s w e r e d e t e r m i n e d f o r e a c h s t r e s s / t e m p e r a t u r e c o m b i n a t i o n . T h e s e v a l u e s w e r e t h e n u s e d t o d e t e r m i n e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s a n d a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g i e s . ‘ 7 ‘ i M a r u e - f t - F i g u r e 3 . 1 7 . A n A T S c r e e p f r a m e u s e d t o t e s t t h e a l l o y s i n t h i s w o r k . 6 0 2 . 3 F a t i g u e T e s t i n g l s o - t h e r m a l f a t i g u e t e s t s a t 4 5 5 ° C w e r e c o n d u c t e d o n t h e s a m e t e s t f r a m e a s t h a t d e s c r i b e d i n S e c t i o n 2 ( T e n s i l e t e s t i n g ) o f t h i s c h a p t e r . A l l t e s t s w e r e c o n d u c t e d i n l o a d c o n t r o l w i t h a s t r e s s r a t i o ( R ) o f 0 . 1 . T h e t e s t f r e q u e n c y w a s 5 H z . T h e m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s r a n g e d f r o m 2 5 0 - 7 0 0 M P a , a n d t h e t e m p e r a t u r e w a s 4 5 5 ° C . T h e l o a d a n d t e m p e r a t u r e w e r e c o n t r o l l e d b y a n M T S F l e x T e s t S E C o n t r o l l e r u s i n g M u l t i p u r p o s e T e s t w a r e s o f t w a r e . T h e s p e c i m e n s w e r e p r e c i s e l y a l i g n e d , e n s u r i n g t r u l y u n i a x i a l l o a d i n g , u s i n g u n i q u e l y - d e s i g n e d f r i c t i o n g r i p s . T w o s e t s o f q u a r t z l a m p s ( e i g h t l a m p s t o t a l ) w e r e u s e d t o h e a t t h e s a m p l e , a l l o w i n g f o r l o c a l c o n t r o l o f t h e t e m p e r a t u r e . T h e t e m p e r a t u r e w a s m o n i t o r e d b y f o u r t h e r m o c o u p l e s p l a c e d d i r e c t l y o v e r t h e h e a t e d z o n e i n t h e g a u g e s e c t i o n o f t h e s a m p l e s . S t r a i n w a s m o n i t o r e d u s i n g a n a l u m i n a - r o d h i g h - t e m p e r a t u r e e x t e n s o m e t e r , w i t h a 1 2 m m g a g e l e n g t h , a t t a c h e d t o t h e g a g e s e c t i o n o f t h e s p e c i m e n . T h e 4 5 5 ° C f a t i g u e t e s t s i n c o r p o r a t e d a 9 0 0 s e c o n d s r a m p t o t e m p e r a t u r e w i t h a m i n i m u m o f 2 0 m i n u t e s s o a k i n g t i m e b e f o r e l o a d i n g i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e t h e r m a l s t r e s s e s . T h e l o a d , d i s p l a c e m e n t , a n d s t r a i n w e r e r e c o r d e d a t p e r i o d i c i n t e r v a l s . A l l s a m p l e s w e r e r u n u n t i l f a i l u r e o r u n t i l d e e m e d “ r u n - o u t ” ( > 1 , 0 0 0 , 0 0 0 c y c l e s ) . 3 . I n - s i t u M e c h a n i c a l T e s t i n g 3 . 1 I n - s i t u T e n s i l e T e s t i n g I n - s i t u t e c h n i q u e i s t h e b e s t w a y t o o b s e r v e t h e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n o n t h e s a m p l e s u r f a c e . T h i s t e c h n i q u e w a s a l s o u s e d f o r t r a c k i n g t h e s u r f a c e d e f o r m a t i o n d u r i n g t h e t e n s i l e , c r e e p a n d f a t i g u e e x p e r i m e n t s . A p h o t o o f t h e t e s t i n g s t a g e u s e d ( b u i l t b y E r n e s t F . F u l l a m , I n c o r p o r a t e d , C l i f t o n P a r k , N Y ) i s g i v e n i n F i g u r e 3 . 1 8 . T h e i n - s i t u 6 1 t e n s i l e t e s t s w e r e p e r f o r m e d a t t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 4 0 0 - 5 6 5 ° C i n s i d e a C a m S c a n 4 4 F E S E M o r a X L - 3 0 ( F E I , I n c . ) fi e l d e m i s s i o n g u n S E M . T e m p e r a t u r e w a s c o n t r o l l e d u s i n g a c o n s t a n t - v o l t a g e p o w e r s u p p l y w h i c h p r o v i d e d o u t p u t t o a 6 m m d i a m e t e r t u n g s t e n - b a s e d h e a t e r l o c a t e d j u s t b e l o w t h e g a g e s e c t i o n o f t h e s a m p l e . A n o p e n - b a t h , c l o s e d - l o o p c h i l l e r w a s u s e d t o c i r c u l a t e d i s t i l l e d w a t e r a t R T t h r o u g h c o p p e r t u b e s t o p r e v e n t t h e t e n s i l e s t a g e f r o m o v e r h e a t i n g . T w o t h e r m o c o u p l e s w e r e s p o t - w e l d e d t o t h e g a g e s e c t i o n o f e a c h s a m p l e . A f t e r t h e s a m p l e ’ s g a g e - s e c t i o n t e m p e r a t u r e r e a c h e d t h e d e s i r e d v a l u e , 3 0 m i n u t e s s o a k i n g t i m e w a s g i v e n t o s t a b i l i z e t h e t h e r m a l s t r e s s p r i o r t o a p p l y i n g l o a d . T h e d i s p l a c e m e n t r a t e f o r t h e i n - s i t u t e n s i l e t e s t s w a s a l s o 0 . 0 2 5 4 m m / s . B e f o r e e a c h t e s t , t h e g e o m e t r i c d a t a w e r e p u t i n t o M T E S T W d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n t r o l s o f t w a r e ( A d r n e t , I n c . , N o r w o o d , M A ) , s o a s t r e s s - d i s p l a c e m e n t c u r v e w a s s h o w i n g u p d u r i n g t h e t e n s i l e t e s t s . I t i s n o t e d t h a t t h e d i s p l a c e m e n t d a t a a c q u i r e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s c o m p r i s e d t h a t o f t h e s a m p l e a s w e l l a s t h e g r i p p i n g fi x t u r e s . S E M i m a g e s w e r e t a k e n b e f o r e l o a d i n g a n d a t c e r t a i n s t r e s s l e v e l s a f t e r s t o p p i n g t h e t e n s i l e t e s t s t o r e c o r d t h e s u r f a c e d e f o r m a t i o n p r o c e s s . 5 0 fl ( 0 . 2 . . . o t o F i g u r e 3 . 1 8 . T h e E r n e s t F u l l a r n i n - s z ' t u t e n s i l e s t a g e . 6 2 3 . 2 I n - s i t u C r e e p T e s t i n g I n - s i t u t e n s i l e - c r e e p e x p e r i m e n t s w e r e c o n d u c t e d o n t h e s a m e s t a g e a s d e s c r i b e d i n 2 . 1 . F l a t d o g b o n e - s h a p e d s a m p l e s , w i t h g a g e d i m e n s i o n s o f 3 . 0 m m w i d e b y 2 . 5 m m t h i c k b y 1 0 m m l o n g , w e r e p r e p a r e d . A f t e r t h e t e m p e r a t u r e o f t h e s a m p l e s r e a c h e d t h e d e s i r e d c r e e p t e m p e r a t u r e , a p e r i o d o f 3 0 m i n u t e s w a s g i v e n t o s t a b i l i z e t h e t h e r m a l s t r e s s p r i o r t o a p p l y i n g l o a d . T h e l o a d , w h i c h w a s m e a s u r e d u s i n g a l o a d c e l l w i t h a c a p a c i t y o f 4 . 4 4 8 k N , w a s a p p l i e d a t 3 . 7 N / s u n t i l r e a c h i n g t h e d e s i r e d c r e e p s t r e s s . T h e t e s t s w e r e c o n s i d e r e d c o n s t a n t l o a d w h e r e t h e s t r e s s fl u c t u a t i o n v a r i e d $ 3 . 0 M P a . T h e d i s p l a c e m e n t d a t a a c q u i r e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s c o m p r i s e d t h a t o f t h e s a m p l e a s w e l l a s t h e g r i p p i n g fi x t u r e s . T h u s t h e d i s p l a c e m e n t v a l u e s r e p o r t e d d o n o t r e p r e s e n t t h e s o l e d i s p l a c e m e n t o f t h e r e d u c e d g a g e s e c t i o n o f t h e s a m p l e . B S E S E M i m a g e s w e r e t a k e n b e f o r e l o a d i n g a n d a t p e r i o d i c d i s p l a c e m e n t s t h r o u g h o u t t h e c r e e p e x p e r i m e n t s w i t h o u t i n t e r r u p t i n g t h e e x p e r i m e n t . T h e p r e s s u r e i n t h e S E M c h a m b e r n e v e r e x c e e d e d 1 0 ' 4 P a , a n d t h e r e f o r e o x i d a t i o n d i d n o t d e t r i m e n t a l l y a f f e c t t h e S E M i m a g i n g . 3 . 3 I n - s i t u F a t i g u e C r a c k G r o w t h T e s t i n g I n - s i t u f a t i g u e c r a c k g r o w t h e x p e r i m e n t s w e r e a l s o p e r f o r m e d u s i n g t h e s a m e s t a g e . I n t h e s e t e s t s , a 0 . 5 m m n o t c h w a s E D M c u t i n t o o n e s i d e o f t h e g a g e l e n g t h . T w o S e t s o f t h e r m o c o u p l e s w e r e s p o t w e l d e d t o t h e s p e c i m e n ’ s g a g e s e c t i o n t o m o n i t o r t h e t e m p e r a t u r e s . T h e t e s t s w e r e p e r f o r m e d w i t h a t o t a l c y c l e t i m e o f a p p r o x i m a t e l y 4 0 m i n u t e s a n d a s t r e s s r a t i o o f 0 . 1 . T h e p r e s s u r e i n t h e S E M c h a m b e r w a s a b o u t 1 0 ' 6 t o r r a n d s e c o n d a r y e l e c t r o n ( S E ) i m a g e s w e r e a c q u i r e d b e f o r e , d u r i n g , a n d ' a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . T h e e x p e r i m e n t s w e r e n e v e r s t o p p e d o r p a u s e d , t h u s t h e i m a g e s a c q u i r e d 6 3 d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s w e r e t a k e n e i t h e r d u r i n g t h e l o a d i n g o r u n l o a d i n g p o r t i o n s o f t h e c y c l e s . 3 . 4 T e n s i l e T e s t i n g i n T r a n s v e r s e D i r e c t i o n D u e t o t h e g e o m e t r y l i m i t a t i o n o f t h e e x t r u d e d a l l o y b a r s a n d r o l l e d a l l o y p l a t e s , t e n s i l e p r o p e r t i e s p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n o r r o l l i n g d i r e c t i o n h a v e n o t b e e n e v a l u a t e d b e f o r e . B y d e s i g n i n g s p e c i a l s a m p l e a n d g r i p ( a s d e s c r i b e d i n 1 . 3 ) , t h e i n - s i t u s t a g e w a s u s e d f o r e v a l u a t i n g t h e a n i s o t r o p y o f t h e e x t r u d e d a l l o y b a r s a n d r o l l e d a l l o y p l a t e s , s e e F i g u r e 3 . 1 9 . F i g u r e 3 . 1 9 . ( a ) A s a m p l e o n t e n s i l e s t a g e r e a d y t o p u t i n t o t h e X L - 3 0 S E M c h a m b e r , a n d ( b ) t h e g r i p a n d b r o k e n s a m p l e a f t e r a t e n s i l e t e s t . 6 4 C H A P T E R 4 R E S U L T S T h i s c h a p t e r p r e s e n t s t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e m i c r o s t r u c t u r e , t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , a n d t h e d e f o r m a t i o n p r o c e s s . I t i s s e p a r a t e d i n t o s u b s e c t i o n s o f m i c r o s t r u c t u r e a n a l y s i s , t e n s i l e b e h a v i o r , f a t i g u e b e h a v i o r , f a t i g u e c r a c k g r o w t h b e h a v i o r , a n d c r e e p b e h a v i o r . E a c h s u b s e c t i o n c o n t a i n s t w o d i f f e r e n t a l l o y s y s t e m s , n a m e l y t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m a n d t h e T i — 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m . T h e a i m o f t h i s c h a p t e r i s t o i d e n t i f y t h e p r o c e s s i n g - m i c r o s t r u c t u r e - p r o p e r t i e s r e l a t i o n s h i p f o r t h e T i - 6 4 — x B a n d T i - 6 2 4 Z S - x B s y s t e m . T h e a n a l y s i s o f t h e r e s u l t s w i l l b e d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5 . A . M i c r o s t r u c t u r e A n a l y s i s 1 . B u l k C h e m i c a l C o m p o s i t i o n s 1 . 1 T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m T h e b u l k a l l o y c o m p o s i t i o n s w e r e m e a s u r e d t h r o u g h I n d u c t i v e l y C o u p l e d P l a s m a O p t i c a l E m i s s i o n S p e c t r o s c o p y a n d I n e r t G a s F l u o r e s c e n c e , w h i c h a r e s h o w n i n T a b l e 4 . 1 . I t i s n o t e d t h a t t h e t a r g e t e d c o m p o s i t i o n s w e r e m a i n t a i n e d a d e q u a t e l y w e l l i n e a c h a l l o y . N o p o s t - p r o c e s s i n g h e a t t r e a t m e n t s w e r e p e r f o r m e d p r i o r t o t h e t e n s i l e , c r e e p , a n d f a t i g u e t e s t i n g . 6 5 T a b l e 4 . 1 . B u l k C o m p o s i t i o n s o f t h e T i - 6 4 - x B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g A l , V , B , F e , O , N , C , H , w t . % w t . % w t . % p p m p p m p p m p p m p p m T i - 6 4 a s - c a s t 6 . 6 4 . 1 0 2 3 0 0 l 8 0 0 1 0 0 2 0 0 8 0 T i - 6 4 - 0 . l B a s - c a s t 6 . 0 4 . 0 0 . 1 1 3 0 0 1 5 0 0 1 0 0 2 0 0 5 0 T i - 6 4 - l B a s - c a s t 5 . 9 4 . 0 l . 0 1 3 0 0 l 8 0 0 2 0 0 2 0 0 9 0 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 6 . l 4 . l 0 2 0 0 0 l 7 7 0 9 0 N / A N / A T i - 6 4 - 0 . l B c a s t - a n d - e x t r u d e d 6 . 0 4 . 0 0 . 1 1 4 0 0 1 3 8 0 8 0 N / A N / A T i - 6 4 - l B c a s t - a n d - e x t r u d e d 5 . 9 3 . 9 0 . 8 1 4 0 0 l 6 0 0 7 0 2 3 8 N / A T i - 6 4 - l B P M r o l l e d 6 . 4 4 . 1 1 . 0 5 0 0 1 1 5 0 1 2 0 5 6 0 6 8 T i - 6 4 - l B P M e x t r u d e d 6 . 5 3 . 6 1 . 1 3 6 0 1 2 5 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 * T i w a s t h e b a l a n c e i n t h e c o m p o s i t i o n . 1 . 2 T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m T h e b u l k a l l o y c o m p o s i t i o n s o f t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m w e r e m e a s u r e d t h r o u g h I n d u c t i v e l y C o u p l e d P l a s m a O p t i c a l E m i s s i o n S p e c t r o s c o p y a n d I n e r t G a s F l u o r e s c e n c e , w h i c h a r e s h o w n i n T a b l e 4 . 2 . T a r g e t e d c o m p o s i t i o n s w e r e m a i n t a i n e d q u i t e w e l l i n e a c h a l l o y . N o p o s t - p r o c e s s i n g h e a t t r e a t m e n t s w e r e p e r f o r m e d p r i o r t o t h e t e n s i l e , c r e e p a n d f a t i g u e t e s t i n g . T a b l e 4 . 2 . B u l k C o m p o s i t i o n s o f t h e A s - C a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B A l l o y s A l l o y A l , S n , Z r , M o , S i , B , F e , O , N , C , H , w t . % w t . % w t . % w t . % w t . % w t . % p p m p m p p m p p m p p m T i - 6 2 4 Z S 5 . 8 2 . 0 4 . 1 2 . 0 0 . 0 8 0 7 0 0 1 5 0 0 4 0 1 0 0 1 0 T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B 6 . 0 2 . 0 4 . 0 2 . 1 0 . 0 9 0 . 0 9 4 0 0 1 4 0 0 1 0 0 1 0 0 7 0 T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B 5 . 9 1 . 9 4 . 0 2 . 0 0 . 1 0 0 . 4 4 5 0 0 1 6 0 0 1 0 0 2 0 0 4 0 T i - 6 2 4 2 8 - 1 B 6 . 1 1 . 9 4 . 1 2 . 0 0 . 1 l 0 . 9 2 5 0 0 1 8 0 0 1 0 0 1 0 0 8 0 * T i w a s t h e b a l a n c e i n t h e c o m p o s i t i o n . 6 6 2 . M i c r o s t r u c t u r e s 2 . 1 T i - 6 4 — x B A l l o y S y s t e m 2 . 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s B a c k s c a t t e r e d e l e c t r o n S E M i m a g e s o f t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s ’ m i c r o s t r u c t u r e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 f o r T i - 6 4 - x B a l l o y s . I n g e n e r a l , t h e r e a r e t h r e e p h a s e s i n t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s : T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . T h e c r y s t a l s t r u c t u r e s o f t h e a - T i , B - T i , a n d T i B p h a s e s a r e h c p , b e e a n d O r t h o r h o m b i c , r e s p e c t i v e l y . 6 7 F i g u r e 4 . 1 . B S E S E M i m a g e s o f t h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s : ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d , ( e ) T i — 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( f ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . I n c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n w a s h o r i z o n t a l . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . 6 8 F i g u r e 4 . 1 ( c o n t i n u e d ) 6 9 F i g u r e 4 . 1 ( c o n t i n u e d ) F i g u r e 4 . 1 ( c o n t i n u e d ) T a b l e 4 . 3 l i s t s t h e a v e r a g e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B a n d B p h a s e s f o r e a c h a l l o y a l o n g w i t h t h e a v e r a g e a - a n d B - l a t h w i d t h s . T a b l e 4 . 3 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V p ) a n d o r a n d B L a t h W i d t h s ( i t ) f o r t h e A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g V p T i B * V p 3 * 7 k m E m A B » p m T i - 6 4 a s - c a s t 0 1 2 . 8 1 2 6 3 . 8 1 1 . ] 0 . 6 1 0 . ] T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t 0 . 6 1 0 3 1 4 . 4 1 2 3 4 2 1 0 . 5 0 . 8 1 0 . ] T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t 5 . 8 1 1 . 8 1 5 5 1 2 . 0 3 6 1 0 . 8 0 . 7 1 0 2 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 2 1 . 2 1 2 . 1 0 . 8 4 1 0 . 1 5 0 . 1 9 1 0 . 0 3 T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 . 6 1 0 . ] 1 9 2 1 2 . 7 0 . 7 9 1 0 . 1 4 0 . 1 3 1 0 . 0 1 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 6 . 0 1 1 . 4 1 8 5 1 2 . 3 1 . 0 4 1 0 . l 8 0 2 0 1 0 . 0 5 * T h e o n p h a s e w a s t h e b a l a n c e i n t h e m i c r o s t r u c t u r e . A s t h e B S E S E M i m a g e s ( F i g u r e 4 . 1 ) s h o w , t h e a d d i t i o n o f 0 . 1 B t o T i - 6 4 r e fi n e d t h e a s - c a s t g r a i n s i z e ( r e f e r r e d t o a s t h e p r i o r - B g r a i n s i z e ) f r o m a p p r o x i m a t e l y 1 7 0 0 p m t o 2 0 0 u m a n d B a d d i t i o n e l i m i n a t e d t h e c o n t i n u o u s g r a i n b o u n d a r y o r n e t w o r k . T h e T i B p h a s e f o r m e d a n e c k l a c e s t r u c t u r e a r o u n d t h e p r i o r - B g r a i n b o u n d a r i e s i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y , s e e F i g u r e 4 . 1 b , w h i c h h e l p e d r e s t r i c t g r a i n g r o w t h [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . T h e a v e r a g e o r - c o l o n y s i z e s o f a s - c a s t T i - 6 4 , T i - 6 4 - 0 . 1 B , a n d T i - 6 4 - l B a l l o y s w e r e a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 u m , 6 0 p m a n d 3 0 p m , r e s p e c t i v e l y . T h e a v e r a g e p r i o r - B g r a i n s i z e s a n d o r — c o l o n y s i z e s r a n g e d b e t w e e n 3 0 - 7 0 p m a n d 1 0 - 2 0 p m , r e s p e c t i v e l y , f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w h e r e d e c r e a s e d g r a i n s i z e s a n d o r - c o l o n y s i z e s c o r r e l a t e d w i t h i n c r e a s i n g B c o n t e n t s . T h u s t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e d e c r e a s e d t h e g r a i n s i z e a n d o r - c o l o n y s i z e m o r e t h a n a d d i n g 0 . 1 w t . % o r 1 w t . % o f B t o t h e c a s t i n g . T h e p h o t o m i c r o g r a p h s i n F i g u r e 4 . ] s h o w t h a t h i g h e r B c o n c e n t r a t i o n s l e a d t o h i g h e r T i B p h a s e ( d a r k e s t p h a s e ) v o l u m e p e r c e n t s . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f T i B i n t h e T i - 6 4 - 0 . ] B 7 2 a n d T i - 6 4 - l B a l l o y s w e r e a p p r o x i m a t e l y 0 . 6 % a n d 6 . 0 % , r e s p e c t i v e l y . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e B p h a s e r e m a i n e d r e l a t i v e l y c o n s t a n t ( 1 3 % < V p B < 1 6 % ) f o r e a c h a s - c a s t a l l o y . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e B p h a s e i n t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s r a n g e d b e t w e e n 1 8 - 2 1 % . T h e a v e r a g e o r — l a t h w i d t h v a r i e d s l i g h t l y w i t h B c o n c e n t r a t i o n a n d w a s a l w a y s b e t w e e n 3 . 6 - 4 . 2 p m f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . T h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e s i g n i fi c a n t l y r e d u c e d t h e l a t h w i d t h s . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e l a t h w i d t h s w e r e a p p r o x i m a t e l y f o u r t i m e s s m a l l e r t h a n t h o s e f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . S i m i l a r t o t h e a s - c a s t a l l o y s , n o s i g n i fi c a n t e f f e c t o f B w a s o b s e r v e d w i t h r e s p e c t t o t h e l a t h w i d t h s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s ( s e e T a b l e 4 . 3 ) . F o r t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y s , t h e T i B w h i s k e r s r a n g e d i n l e n g t h u p t o 5 0 u m a n d d i a m e t e r u p t o 3 p m . A s c a n b e s e e n f r o m F i g u r e s 4 . 1 e a n d f , t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d a l o n g t h e e x t r u s i o n a x i s . T h i s w a s e v i d e n t i n t h e T E M o b s e r v a t i o n s a s w e l l , s e e F i g u r e 4 . 2 . F i g u r e 4 . 2 . T E M d a t a f o r t h e T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y ( a ) b r i g h t fi e l d i m a g e i n d i c a t i n g t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n a n d a ( b ) [ 1 2 1 6 ] S A D P t a k e n f r o m t h e o r - p h a s e . ( I m a g e a c q u i s i t i o n w a s a s s i s t e d b y D r . J a n e H o w e o f O R N L ) 7 3 2 . 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s B S E S E M i m a g e s o f t h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 3 f o r P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . S i m i l a r t o t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y s , t h e r e a r e a l s o t h r e e p h a s e s i n P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s : T h e T i B p h a s e , t h e o r p h a s e , a n d t h e B p h a s e . T h e T i B p h a s e i n t h e P M r o l l e d a l l o y w a s r a n d o m l y o r i e n t e d . T h e T i B p h a s e i n t h e P M e x t r u d e d a l l o y w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . H o w e v e r , t h e o r — p h a s e m o r p h o l o g y w a s q u i t e d i f f e r e n t f r o m t h a t i n t h e a s - c a s t o r c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e , w h i c h c o n t a i n e d b o t h l e n t i c u l a r a n d e q u i a x e d o r p h a s e . T h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a p u r e e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e a n d t h e e q u i a x e d o n g r a i n s i z e w a s m u c h fi n e r t h a n t h a t o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y . T h e o n g r a i n d i a m e t e r i n P M e x t r u d e d a l l o y w a s 3 . 6 p m c o m p a r e d w i t h 7 . 4 p m i n P M r o l l e d a l l o y . I n a d d i t i o n , t h e l e n g t h o f T i B w h i s k e r s i n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y v a r i e d m o r e t h a n i n t h e o t h e r T i - 6 4 — 1 B a l l o y s , w h i c h w e r e a s - c a s t , c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d P M e x t r u d e d . O n e p o s s i b l e r e a s o n i s t h a t t h e r o l l i n g p r o c e s s i n t r o d u c e d s e v e r e m e c h a n i c a l d e f o r m a t i o n a n d b r o k e t h e T i B w h i s k e r s . 7 4 F i g u r e 4 . 3 . B S E S E M i m a g e s o f t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - l B a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s . I n ( d ) , t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n ( h o r i z o n t a l ) . I n ( e ) , t h e T i B p h a s e i s p o i n t i n g o u t o f t h e p a p e r . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . 7 5 ' 5 " ‘ ‘ a t ; 7 6 E . \ . . . . T w m f w n i fi . L r u . s I . ~ : ~ . < . . . l \ . o l 1 . . . t i m b r e ? “ - i n t r u m w e . . . d fi n a n c e 3 . s a m e F i g u r e 4 . 3 ( c o n t i n u e d ) 7 8 T a b l e 4 . 4 l i s t s t h e a v e r a g e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B a n d B p h a s e s f o r t h e P M p r o c e s s e d a l l o y a l o n g w i t h t h e e q u i a x e d o n g r a i n s i z e a n d a v e r a g e a - a n d B - l a t h w i d t h s . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f T i B i n b o t h t h e P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s ” w e r e a p p r o x i m a t e l y 6 . 0 , w h i c h i s t h e s a m e a s i n t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e B p h a s e i s a r o u n d 1 5 % , w h i c h i s c l o s e t o t h e v a l u e f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y b u t a b o u t 3 % l o w e r t h a n t h a t f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e a v e r a g e a - l a t h w i d t h i n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s a b o u t 2 . 7 p m , w h i c h w a s b e t w e e n t h a t o f t h e a s - c a s t ( 3 . 6 p m ) a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d ( 1 . 0 p m ) T i - 6 4 - l B a l l o y s . T h e a v e r a g e g r a i n s i z e o f e q u i a x e d o r p h a s e w a s 3 . 6 p m i n P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y , w h i c h w a s s i g n i fi c a n t l y s m a l l e r t h a n t h e a — g r a i n s i z e ( 7 . 4 p m ) i n P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y . T a b l e 4 . 4 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V p ) , o r G r a i n S i z e ( d a ) a n d o r , B L a t h W i d t h s ( i t ) f o r t h e P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g V p T i B * V p ( 3 * 7 k m p m A l b u m ( 1 0 , P m T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d 5 9 1 1 . 4 1 5 . 5 1 2 0 2 . 7 1 0 6 0 . 4 1 0 . ] 7 . 4 1 0 7 . T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 6 3 1 1 . 3 1 4 9 1 1 . 8 N / A N / A 3 6 1 0 . 8 * T h e o n p h a s e w a s t h e b a l a n c e i n t h e m i c r o s t r u c t u r e . 2 . 2 A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m B S E S E M i m a g e s o f t h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . T h e m i c r o s t r u c t u r e o f t h i s a l l o y s y s t e m i s s i m i l a r t o t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m a s i t c o n t a i n e d t h e T i B , o r , a n d B p h a s e s a n d t h e m a t r i x c o n t a i n e d t h e 0 L + B l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e . 7 9 T a b l e 4 . 5 l i s t s t h e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , o r , a n d B p h a s e s a l o n g w i t h t h e a v e r a g e a - p h a s e a n d B - p h a s e l a t h w i d t h s i n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S a l l o y s . T a b l e 4 . 5 . T i B a n d B P h a s e V o l . % ( V p ) a n d o r a n d B l a t h w i d t h s ( A ) f o r t h e A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B A l l o y s A l l o y V . W V . 8 * i . . . r u n i s . r u n T i - 6 2 4 Z S 0 2 2 6 1 1 . 9 1 . 2 6 1 0 1 5 0 3 5 1 0 . 0 6 T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B 0 . 7 4 1 0 . 1 3 2 2 3 1 0 . 9 1 . 4 3 1 0 2 0 0 3 5 1 0 . 0 6 T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B 2 . 3 1 1 0 1 2 2 2 . 1 1 0 9 2 . 0 8 1 0 4 3 0 3 8 1 0 . 1 0 T i - 6 2 4 2 S - 1 B 5 . 4 2 1 0 5 4 2 0 . 7 1 0 8 2 . 2 1 1 0 4 5 0 . 3 8 1 0 0 9 * T h e o r p h a s e w a s t h e b a l a n c e i n t h e m i c r o s t r u c t u r e . 8 0 F i g u r e 4 . 4 . B S E S E M i m a g e s o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y m i c r o s t r u c t u r e : ( a ) T i - 6 2 4 2 S , ( b ) T i - 6 2 4 2 S - 0 . I B , ( c ) T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B a n d ( d ) T i - 6 2 4 Z S - 1 B a l l o y s . T h e T i B p h a s e i s t h e d a r k e s t , t h e o r p h a s e i s g r a y , a n d t h e B p h a s e i s t h e b r i g h t e s t . 8 1 - » e . W . . / . . . 8 2 q ! ( . A / / . 7 . . . - V x / I I L \ . \ . C J . \ \ . . 1 / . , . . \ . . \ x , . . . . . \ 3 F U H . I . / . . 3 \ . . L _ ~ 1 a \ l f . . ‘ . r ‘ t . . . F i g u r e 4 . 4 ( c o n t i n u e d ) A s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 4 a - d , t h e e f f e c t o f B a d d i t i o n o n a l l o y m i c r o s t r u c t u r e w a s s i m i l a r t o t h a t o n t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . T h e v o l u m e p e r c e n t s o f t h e B p h a s e i n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s r a n g e d b e t w e e n 2 0 - 2 3 % , w h i c h w a s s l i g h t l y h i g h e r t h a n i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . I n a d d i t i o n , b o t h t h e o r - a n d B — l a t h w i d t h s o f t h i s a l l o y s y s t e m w e r e fi n e r t h a n t h o s e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . 3 . M i c r o p r o b e A n a l y s i s 3 . 1 T i — 6 4 — x B A l l o y S y s t e m I n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e w e i g h t p e r c e n t a g e s o f T i , A ] , V , a n d B i n t h e T i B , o r , a n d B p h a s e s , m i c r o p r o b e a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d o n m o u n t e d a n d p o l i s h e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a m p l e s o f e a c h p r o c e s s i n g c o n d i t i o n . T h e m i c r o p r o b e d a t a , s e e T a b l e 4 . 6 , s h o w e d t h a t t h e B - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h V , a n d t h e a - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h A l a n d T i . T h e r e w a s n o t a n y d e t e c t a b l e a m o u n t o f B i n e i t h e r t h e o r o r B p h a s e s a n d t h e T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d s l i g h t l y m o r e B t h a n T i w h e n c o m p a r e d o n t h e a t o m i c p e r c e n t b a s i s . T h e r e w a s a p p r o x i m a t e l y 3 . 1 - 3 . 4 w t . % V ( 1 . 8 - 2 . 0 a t . % ) i n t h e T i B p h a s e . 8 4 g r . _ " ' — ‘ " — ‘ — — — " T a b l e 4 . 6 . P h a s e C o m p o s i t i o n s i n w t . % f o r t h e T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g P h a s e T i * A l * V * B * T i B 7 8 . 1 1 0 7 0 . 2 1 0 2 3 . 2 1 0 . ] 1 8 . 5 1 0 6 ( 4 7 7 1 1 . 0 ) ( 0 2 1 0 . 2 ) @ 8 1 0 1 ) ( 5 0 2 1 1 . 0 ) T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d a 8 9 . 4 1 0 1 7 . 9 1 0 0 4 2 . 7 1 0 . ] 0 ( 8 4 . 4 1 0 1 ) ( 1 3 2 1 0 . 1 ) ( 2 . 4 1 0 3 ( 0 ) [ 3 7 8 2 1 0 . 4 3 . 5 1 0 . ] 1 8 . 3 1 0 5 0 ( 7 6 . 9 1 0 3 ) ( 6 . 2 1 0 2 ) ( 1 6 . 9 1 0 5 ) ( 0 ) T i B 7 7 . 4 1 0 2 0 . 1 1 0 . ] 3 . 1 1 0 . ] 1 9 . 4 1 0 2 ( 4 6 . 5 1 0 3 ) ( 0 . 1 1 0 1 ) ( 1 . 8 1 0 1 ) ( 5 1 . 7 1 0 2 ) T i - 6 4 - 1 B P M o r 8 9 . 5 1 0 2 7 . 6 1 0 2 2 . 8 1 0 3 0 e x t r u d e d ( 8 4 . 6 1 0 2 ) ( 1 2 . 8 1 0 2 ) ( 2 . 6 1 0 3 ) ( 0 ) B 8 1 . 8 4 . 7 1 3 . 5 0 ( 7 9 . 6 ) ( 8 . 1 ) ( 1 2 . 3 ) ( 0 ) T i B 7 7 . 8 1 0 5 0 0 6 1 0 . 0 5 3 . 4 1 0 . ] 1 8 . 7 1 0 4 ( 4 7 . 4 1 0 6 ) ( 0 . 1 1 0 1 ) ( 1 . 9 1 0 . 0 4 ) ( 5 0 4 1 0 . 7 ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t o r 8 9 . 2 1 0 2 8 . 0 1 0 . ] 2 . 9 1 0 0 6 0 ( 8 4 . 4 1 0 6 ) ( 1 2 8 1 1 . 1 ) ( 2 . 8 1 0 5 ) ( 0 ) [ 3 7 6 . 9 1 0 7 3 2 1 0 . 2 1 9 . 9 1 0 9 0 ( 7 5 . 9 1 0 5 ) ( 5 . 6 1 0 4 ) ( 1 8 . 5 1 0 9 ) ( 0 ) T i B 7 8 . 3 1 0 5 0 . 1 1 0 . ] 3 . 5 1 0 2 1 7 . 9 1 1 2 ( 4 8 . 5 1 1 5 ) ( 0 . 1 1 0 1 ) ( 2 . 0 1 0 2 ) ( 4 9 . 1 1 2 2 ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - ( 1 8 8 . 7 1 0 4 7 2 1 0 . 3 4 . 2 1 0 7 0 e x t r u d e d ( 8 4 2 1 0 . 3 ) ( 1 2 2 1 0 . 4 ) ( 3 . 7 1 0 6 ) ( 0 ) [ 3 8 4 . 2 5 . 5 1 0 . 4 0 ( 8 1 . 2 ) ( 9 . 4 ) ( 9 . 4 ) ( 0 ) * a t . % i s g i v e n i n p a r e n t h e s i s 3 . 2 A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m M i c r o p r o b e a n a l y s i s w a s c o n d u c t e d o n m o u n t e d a n d p o l i s h e d a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B a n d T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y s a m p l e s . T h e m i c r o p r o b e d a t a , s e e T a b l e 4 . 7 , s h o w e d t h a t t h e B - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h M o , Z r a n d S n , a n d t h e o r - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h A l a n d T i . T h e r e w a s n o d e t e c t a b l e a m o u n t o f B i n e i t h e r t h e o r o r B p h a s e s , a n d t h e T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d s l i g h t l y m o r e B t h a n T i w h e n c o m p a r e d o n a n a t o m i c p e r c e n t b a s i s . R o u g h l y 1 w t . % o f b o t h Z r a n d M o w a s m e a s u r e d i n t h e T i B p h a s e . 8 5 ) ) 1 2 2 2 0 . 0 0 1 0 1 1 6 8 : 9 . . 3 . 9 2 8 0 1 5 1 5 ( ( ) 1 2 . . 0 0 ) 1 3 0 0 : : 3 ( 2 0 0 ( 1 l 2 1 ) 0 . ) . ) 0 2 . 0 + 0 0 2 1 + . . 0 3 0 1 4 4 . 0 ( ( 4 . l 0 ( . 0 ) 5 3 . 0 0 1 1 0 2 . 5 3 ( ) 9 3 . . 2 1 ( ) ) 4 1 3 2 5 ) 9 0 0 0 0 : : . 0 0 1 5 2 0 1 1 8 . . 1 7 1 . 3 3 7 1 1 7 3 7 ( 6 . . ( ( ) 3 2 . . 0 0 1 1 - 1 0 . . 8 7 ) ) ) 5 3 7 1 3 7 0 0 . 0 0 . 1 1 1 1 1 0 6 9 4 2 1 1 . . 2 . . 9 4 4 8 1 8 0 7 7 7 7 4 8 4 8 ( ( ( ( B i T B 1 - S 2 4 2 6 - i T 8 6 T a b l e 4 . 7 . P h a s e C o m p o s i t i o n s i n w t . % f o r t h e T i - 6 2 4 2 8 - 0 4 8 a n d T i - 6 2 4 2 S - I B A l l o y s A l l o y P h a s e T i A l S n Z r M o S i B T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 4 B T i B 0 0 2 : 0 0 1 ( 0 ) 0 ( 0 ) 1 0 : 0 2 ( 0 3 : 0 . 1 ) 1 . 2 + 0 . l ( 0 . 4 ) o ( 0 ) 8 5 . 5 1 0 7 ( 8 3 . 2 1 0 2 ) 2 . 3 1 0 0 3 ( 0 . 9 ) 3 . 9 1 0 . ] ( 2 . 0 1 0 1 ) 0 ( 0 ) 3 4 : 0 4 ( 6 6 1 0 . 7 ) 2 9 : 0 1 ( 1 3 : 0 1 ) 5 7 : 0 5 ( 3 3 : 0 3 ) 1 3 . 3 + 2 . 4 ( 7 2 1 1 . 4 ) 0 2 : 0 1 ( 0 3 : 0 3 ) 0 ( 0 ) 0 . 1 1 0 1 ( 0 1 1 0 . 1 ) 0 ( 0 ) 0 9 1 0 . 3 ( 0 3 1 0 . 1 ) 0 ( 0 ) 8 5 . 5 : 0 5 ( 8 3 . 4 1 0 2 ) 2 . 3 ( 0 . 9 ) 4 . 1 1 0 2 ( 2 . 1 1 0 1 ) 0 . 1 ( 0 . 2 ) o ( 0 ) 1 3 . 8 + 2 . 8 ( 7 5 1 1 . 7 ) o ( 0 ) * a t . % i s g i v e n i n p a r e n t h e s i s 4 . T e x t u r e D e t e r m i n a t i o n 4 . 1 E B S D A n a l y s i s 4 . 1 . ] A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s E B S D s c a n a s p e r f o r m e d o n t h e t r a n s v e r s e o r i e n t a t i o n o f t h e s a m p l e . A l t h o u g h t h i s t e c h n i q u e w a s n o t c o n s i d e r e d t o b e a b u l k t e x t u r e m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e , t h e r e s u l t s w e r e c o n s i s t e n t w i t h t h e X R D m e a s u r e m e n t a s w i l l b e d e s c r i b e d n e x t . E B S D a n a l y s i s i n d i c a t e d t h a t t h e 0 1 a n d T i B p h a s e s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e s t r o n g l y t e x t u r e d , s e e F i g u r e 4 . 5 ( c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . 1 B ) , F i g u r e 4 . 6 ( c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 , o n l y T i a - p h a s e w a s a n a l y z e d ) a n d F i g u r e 4 . 7 ( c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B , o n l y T i a - p h a s e w a s a n a l y z e d ) . F o r t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , t h e g r e a t e s t a - p h a s e t e x t u r e w a s m o r e t h a n 2 0 t i m e s r a n d o m , w h i l e t h e T i B - p h a s e t e x t u r e w a s m o r e t h a n 1 7 t i m e s r a n d o m . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s , t h e g r e a t e s t a - p h a s e t e x t u r e w a s m o r e t h a n 1 8 a n d 1 4 t i m e s r a n d o m , r e s p e c t i v e l y . T h e T i B w a s t e x t u r e d w i t h [ 0 2 0 ] p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n a x i s f o r t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a n d T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . T h e a — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t s ( s e e F i g u r e s 4 . 5 c , 4 . 6 c a n d 4 . 7 c ) e x h i b i t t h r e e p e a k s a t 0 ° , 6 0 ° , a n d 9 0 ° . F o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s , n e i t h e r t h e a - p h a s e n o r t h e T i B p h a s e w a s s t r o n g l y t e x t u r e d ( s e e F i g u r e 4 . 8 f o r t h e E B S D d a t a o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y ) . 8 7 F i g u r e 4 . 5 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) a — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) ( 0 0 0 1 ) , ( 1 0 1 0 ) , a n d ( 1 0 1 1 ) p o l e fi g u r e f o r t h e ( > 1 - p h a s e , ( c ) ( > 1 — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t , ( d ) T i B p h a s e o r i e n t a t i o n m a p a n d ( e ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . 8 8 1 0 - 1 0 A _ 0 0 0 1 2 - 1 - 1 0 o r - T i m a x = 2 3 . 5 3 6 1 3 . 9 0 3 8 . 2 1 3 4 . 8 5 1 2 . 8 6 6 1 . 6 9 3 1 . 0 0 0 0 . 5 9 1 m i n = 0 . 0 0 0 8 9 n o i t c h I a 0 O. r F L F i g u r e 4 . 5 ( c o n t i n u e d ) 0 . 0 8 T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 . 0 7 ~ _ 9 . ° O O C I 0 3 I I L 1 0 . 0 3 — — I 0 2 0 4 0 6 0 s o 1 0 0 M i s o r i e n t a t i o n A n g l e , d e g r e e s ( C ) 9 0 F i g u r e 4 . 5 ( c o n t i n u e d ) 0 1 0 0 0 1 1 0 0 . m a x = 1 7 . 7 4 5 1 0 . 9 8 7 0 . 6 9 1 m i n = 0 . 0 3 3 9 1 m a x = 1 8 . 4 1 6 1 1 . 3 3 2 _ > 6 . 9 7 4 ' - 4 . 2 9 2 . 6 4 1 1 . 6 2 5 1 . 0 0 0 0 . 6 1 5 m i n = - 1 . 9 1 1 0 . 1 , . r fi T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 . 0 8 ~ - . 1 2 : 0 . 0 6 » _ ‘ 9 ' I : 0 . 0 4 . . 0 . 0 2 . o n _ _ 0 , 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 M i s o r i e n t a t i o n A n g l e , d e g r e e s ( C ) F i g u r e 4 . 6 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 c a s t - a n d — e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) ( a t — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) a - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) a — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . I n t h i s s c a n , o n l y t h e T i a - p h a s e w a s a n a l y z e d . 9 2 m a x = 1 4 . 3 0 2 9 . 1 8 0 5 . 8 9 2 3 . 7 8 2 2 . 4 2 7 1 . 5 5 8 1 . 0 0 0 0 . 6 4 2 m i n = - 0 . 4 7 2 ( b ) 2 f e . ‘ T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 . 1 ‘ L - 1 0 . 0 8 L - c 1 . 9 1 ‘ 6 0 . 0 6 ‘ — _ g 1 L : 1 0 . 0 4 i - 0 . 0 2 1 . _ 0 i . . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 M i s o r i e n t a t i o n A n g l e , d e g r e e s ( C ) F i g u r e 4 . 7 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) ( I L — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) a - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) a — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . I n t h i s s c a n , o n l y t h e T i ( i t - p h a s e w a s a n a l y z e d . 9 3 1 . 0 0 0 0 . 6 9 5 m i n = 1 . 7 T i B m i n = 0 . 1 5 2 F i g u r e 4 . 8 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n f o r a T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t s a m p l e : ( a ) a — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) a - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . 9 4 4 . 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s E B S D a n a l y s i s i n d i c a t e d t h a t t h e a a n d T i B p h a s e s f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w e r e a l s o s t r o n g l y t e x t u r e d , s e e F i g u r e 4 . 9 . T h e g r e a t e s t a - p h a s e a n d T i B - p h a s e t e x t u r e w a s a b o u t f o u r a n d fi v e t i m e s r a n d o m , r e s p e c t i v e l y . T h e T i B p h a s e w a s t e x t u r e d w i t h [ 0 2 0 ] p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n a x i s f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e a — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t ( s e e F i g u r e 4 . 9 d ) e x h i b i t e d t h r e e p e a k s a t 0 ° , 3 0 ° , 6 0 ° , a n d 9 0 ° . T h e s e p e a k s w e r e n o t a s s h a r p a s i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e E B S D d a t a f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 0 . T h e a — p h a s e w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d ( F i g u r e 4 . 1 % ) a n d t h e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t s h o w s t h e h i g h e s t p e a k a t 6 0 ° ( F i g u r e 4 . 1 0 0 ) . F i g u r e s 4 . 1 0 d a n d e i n d i c a t e s t h a t t h e T i B p h a s e w a s a l s o n o t s t r o n g l y t e x t u r e d e i t h e r . 9 5 F i g u r e 4 . 9 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e : ( a ) a — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) ( i t - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , a n d ( c ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e , a n d ( d ) c a t - p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t . 9 6 2 - 1 - 1 0 m a x = 3 . 9 9 4 3 . 1 7 1 2 . 5 1 7 T 1 . 9 9 8 I 1 . 5 8 7 - 1 . 2 6 0 1 . 0 0 0 0 . 7 9 4 m i n = 0 . 3 4 9 9 7 F i g u r e 4 . 9 ( c o n t i n u e d ) 0 0 1 m a x = 4 . 9 8 0 1 3 . 8 1 1 o 2 . 9 1 6 . 2 . 2 3 2 ' ‘ 1 1 . 3 0 7 1 . 6 9 3 1 . 0 0 0 0 . 7 6 5 m i n = 0 . 0 2 6 ( c ) 0 . 0 4 . . . . 0 . 0 3 5 F T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 0 . 0 3 - 5 0 . . 0 2 5 - “ g 0 0 2 T " - 0 . 0 1 s t , 0 . 0 1 . 0 . 0 0 5 _ 0 8 ' 0 1 0 0 0 M i s o z r l e n t a i i o n 6 A n g l e , d e g r e e s ( d ) — F i g u r e 4 . 1 0 . E B S D d a t a f r o m a r e p r e s e n t a t i v e s c a n o f t h e c r o s s - s e c t i o n ( t h e o r i e n t a t i o n o u t o f t h e p a g e w a s t h e r o l l i n g d i r e c t i o n . ) f o r a T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d s a m p l e : ( a ) a — p h a s e o r i e n t a t i o n m a p , ( b ) O L - p h a s e ( 0 0 0 1 ) p o l e fi g u r e , ( 0 ) a — p h a s e m i s o r i e n t a t i o n a n g l e p l o t , ( d ) T i B p h a s e o r i e n t a t i o n m a p a n d ( e ) ( 0 0 1 ) , ( 0 1 0 ) , a n d ( 0 0 1 ) p o l e fi g u r e s f o r t h e o r t h o r h o m b i c B 2 7 T i B p h a s e . 9 9 I ‘ 2 - 1 - 1 0 m a x = 5 . 9 9 2 4 . 4 4 6 3 . 2 9 9 2 . 4 4 8 1 . 8 1 6 1 . 3 4 8 1 . 0 0 0 0 . 7 4 2 m i n = - 1 . 3 4 9 1 0 0 2 O a : . 0 P O 0 n o i t P c a r F F i g u r e 4 . 1 0 ( c o n t i n u e d ) 0 . 1 2 ~ ~ 4 4 4 ~ A 1 - ~ P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B 0 . 1 t P o a 0 . 0 fi n w . 2 0 4 . 0 6 0 8 0 1 0 0 M i s o r i e n t a t i o n A n g l e , d e g r e e s ( C ) 1 0 1 F i g u r e 4 . 1 0 ( c o n t i n u e d ) 0 0 1 m a x = 3 . 0 9 2 , 2 . 5 6 2 2 . 1 2 3 1 . 7 5 9 1 . 4 5 7 1 . 0 . 7 1 . 0 0 0 0 . 8 2 8 m i n = 0 . 0 7 5 ( e ) 1 0 2 4 . 2 X R D A n a l y s i s 4 . 2 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s F i g u r e 4 . 1 1 a - f i l l u s t r a t e s X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e p l o t s w e r e a c q u i r e d f o r t r a n s v e r s e s e c t i o n s c u t p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e c a s t i n g s a n d e x t r u s i o n s . T h e g r e a t e s t p e a k s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d m a t e r i a l s w e r e f o r t h e b a s a l p l a n e ( 0 0 0 2 ) . T h i s h a s b e e n v e r i fi e d b y t h e X R D p o l e fi g u r e s a b o u t t h e ( 0 0 0 2 ) p l a n e ( F i g u r e 4 . 1 2 ) . T h u s t h e e x t r u s i o n t e n d e d t o a l i g n t h e b a s a l p l a n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h e l a r g e s t p e a k f o r t h e r e t a i n e d 0 p h a s e w a s f o r t h e ( 1 1 0 ) p l a n e . T h u s i t i s b e l i e v e d t h a t t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e r e s u l t e d i n a ( 1 1 0 ) B - p h a s e t e x t u r e . T h a t i s , t h e ( 1 1 0 ) B p l a n e w a s p r e f e r e n t i a l l y o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n . 1 0 3 F i g u r e s 4 . 1 1 . X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r t r a n s v e r s e s e c t i o n s o f ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - O . 1 B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - l B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d , ( e ) T i - 6 4 - 0 . l B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( t ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . ( M e a s u r e m e n t a n d c h a r a c t e r i z a t i o n w a s a s s i s t e d b y D r . A n d r e w P a y z a n t o f O R N L ) 1 0 4 1 0 . 1 . 1 I l l l _ ‘ ’ T i - 6 A l - 4 V . a s - c a s t a ; _ _ _ : fl C 3 L _ n ' L 1 ! . > . F ‘ : 2 2 _ ( 0 0 0 2 ) _ 8 E - ( 1 1 2 0 ) ( 1 1 3 2 ) ( 2 0 2 1 ) ( 1 0 1 0 ) _ \ * ' V _ ( 1 0 1 3 ) ‘ 1 0 1 2 . L . ‘ 1 Q . 1 s o 4 0 s o s o 7 0 s o s o 2 0 ( a ) ( 1 ° 1 1 ) T I - 6 A l - 4 V - 0 . 1 B ” a s - c a s t ‘ . 2 - — . C 3 . n ' - _ h 5 ! . > 1 . 3 - _ 2 3 ( 0 0 0 2 ) C — _ 4 - 1 1 2 2 ) ( 1 0 1 0 ) ( 2 0 — 1 ) — ( 1 0 ' 1 ' 2 ) ( 1 1 2 0 ) ( 1 0 1 3 ) s o 4 0 s o s o 7 0 o n s o 2 0 ( b ) 1 0 5 F i g u r e 4 . 1 1 ( c o n t i n u e d ) 1 0 6 . . T i - G A l - 4 V - 1 B ( 1 ° 1 1 ) a s - c a s t . 3 : C 3 . n ' ~ 4 5 . 2 . " ' a _ ( 0 0 0 2 1 1 1 - C 0 E - ( 1 0 1 0 ) ( 1 1 2 2 ) ” _ _ ( 2 0 3 0 ‘ ( 1 0 1 2 ) . . ( 1 0 1 3 ) / ” J a ( 1 1 1 2 C ) l ‘ 3 0 5 0 6 0 7 ’ 0 8 0 W 2 0 ( C ) ‘ ° ° ° 2 ’ T i - 6 A I - 4 V ” c a s t - a n d - e x t r u d e d ‘ g _ _ ' E 3 E _ _ 3 ! . Q ' - . . . 2 _ 3 ~ ( 1 0 1 1 ) . E _ ( 1 1 0 ) B ‘ ) — _ . 4 ( 1 0 1 0 ) / l J J U L . . . - . . . A n 3 0 4 0 5 0 7 0 8 0 9 0 2 0 ( d ) F i g u r e 4 . 1 1 ( c o n t i n u e d ) _ ‘ ° ° ° 2 ’ 1 ' 1 - 6 A I - 4 V - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d g _ C 3 . n ' 5 _ , 2 ( 1 0 1 1 ) O C 3 F - E ( 1 1 0 1 1 3 ( 1 0 1 A O D W L l l A - . . L h 2 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 0 0 2 0 ( e ) ( “ fi l m - 1 ) T i - 6 A l - 4 V - 1 B _ c a s t - a n d - e x t r u d e d . 2 E r 3 2 ' s L > 1 : E O C 2 _ E ( 1 1 0 ) ) 3 - / ( 0 2 0 ) 1 ' 1 3 _ A ( 1 0 0 ) N / L 1 1 A A 1 . A A l i i A 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 2 0 ( f ) 1 0 7 ( “ ’ 5 ' 1 f 7 1 ( 0 0 0 2 ) 5 0 0 ( I 1 ! 4 0 0 i 3 0 0 2 0 0 / 2 7 0 9 0 “ P h i [ D e g ] 1 0 0 . / / 0 1 1 ) ; “ J . 8 0 6 0 4 0 2 0 o 2 0 4 0 6 0 8 0 C h ' l D e g l ( a ) - : 3 ; c P s D * ; ( 0 0 0 2 ) 3 5 0 1 1 3 0 0 ‘ 2 5 0 1 t h _ _ _ 2 2 2 - 2 0 0 / / , . » ’ fl . 1 5 0 x ) , 2 7 0 1 9 0 P m [ D e g ] 1 0 0 ‘ 1 2 / K " , 1 5 ° “ 4 1 4 . . . . \ ; * * r — ’ . ; / / , 0 l I l ‘ ‘ . P H , 4 \ \ 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 C h ' l D e g l ( b ) F l g u r e 4 1 2 ( 0 0 0 2 ) X R D P o l e fi g u r e p l o t s f o r t h e c a s t a n d e x t r u d e d ( a ) T 1 - 6 4 a n d ( b ) T 1 6 4 1 B a l l o y s T h e a n a l y S I S w a s d o n e o n a c r o s s s e c t l o n ( t r a n s v e r s e ) w h i c h w a s c u t p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n 1 0 8 4 . 2 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 — 1 B A l l o y s F i g u r e 4 . 1 3 a — d i l l u s t r a t e s X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e p l o t s f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B ( F i g u r e 4 . 1 3 a — c ) a l l o y w e r e a c q u i r e d f o r t h e t h r e e o r i e n t a t i o n s o f t h e r o l l e d p l a t e , n a m e l y f a c e , l o n g i t u d i n a l , a n d t r a n s v e r s e a s d e p i c t e d i n F i g u r e 3 . 1 0 . T h e a n a l y s i s s u g g e s t e d t h a t t h e r e w a s n o t a s t r o n g t e x t u r e d e v e l o p e d i n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e g r e a t e s t p e a k f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s f o r t h e b a s a l p l a n e ( 0 0 0 2 ) . T h u s , s i m i l a r t o t h a t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , t h e e x t r u s i o n a l i g n e d t h e b a s a l p l a n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e l a r g e s t p e a k f o r t h e r e t a i n e d [ 3 p h a s e w a s t h e ( 1 1 0 ) p l a n e . T h u s i t i s b e l i e v e d t h a t t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e r e s u l t e d i n a ( 1 1 0 ) B - p h a s e t e x t u r e ( i . e . ( 1 1 0 ) w a s p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s ) i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y . 1 0 9 F i g u r e s 4 . 1 3 . X R D I n t e n s i t y v e r s u s 2 0 p l o t s f o r P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . ( a ) P M r o l l e d f a c e o r i e n t a t i o n , ( b ) P M r o l l e d t r a n s v e r s e o r i e n t a t i o n , ( 0 ) P M r o l l e d l o n g i t u d i n a l o r i e n t a t i o n , a n d ( ( 1 ) P M e x t r u d e d t r a n s v e r s e o r i e n t a t i o n . N o t e t h e r a t i o o f ( 0 0 0 2 ) p e a k a n d ( 1 0 - 1 1 ) p e a k i n ( ( 1 ) c o m p a r e d t o t h a t f o r ( a ) ( b ) a n d ( c ) . T h i s i n d i c a t e d t h a t t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h ( 0 0 0 2 ) p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s w h i l e t h e P M r o l l e d a l l o y w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . 1 1 0 ) s t l n u . b r a ( y t i s n e t n I ) s t i n u . b r a ( y t i s n e t n I l 1 I T i - 6 4 - 1 B ‘ 1 2 0 ( b ) 1 1 1 _ ( 1 0 7 1 ) P M r o l l e d f a c e - 1 ( 0 0 0 2 1 ( 1 1 2 2 ) _ " _ ( 1 1 2 0 ) \ ( 2 ° 2 1 ) ' 1 0 1 0 - ( l ( 1 0 1 2 ) ( 1 0 1 3 ) 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 2 0 ( a ) 1 1 0 1 1 ) T i - 6 4 - 1 B _ P M r o l l e d l o n g i t u d i n a l . " ( 0 0 0 2 ‘ ( 1 ° 1 0 ) ' ( 1 1 2 2 ) _ _ ( 1 1 2 0 ) \ ( 2 0 5 1 ) ( 1 0 1 2 ) ( I ( 1 0 1 3 ) / 3 0 4 O 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 ) s t i n u . b r a ( y t i s n e t n I F i g u r e 4 . 1 3 ( c o n t i n u e d ) T i - 6 4 - 1 B ( 1 0 1 1 ) P M r o l l e d t r a n s v e r s e _ g ( 0 0 0 2 ) C 3 ‘ 8 _ _ 3 3 5 ‘ . 5 _ _ E 2 - 5 ( 1 ° 0 ) _ ( 1 1 2 2 ) - U ( 1 1 2 0 ) ( 2 0 2 1 ) ( 1 0 1 2 ) \ _ / l ( 1 0 1 3 ) 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 2 0 ( C ) l I l 1 I ( 1 1 1 0 2 ) T i - 6 4 - 1 B _ P M e x t r u d e d t r a n s v e r s e - ( 1 0 1 1 ) ~ ( 1 1 0 ] ? ) - 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 2 0 ( d ) 1 1 2 B . T e n s i l e B e h a v i o r R e s u l t s 1 . T i — 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s 1 . 1 . 1 T e n s i l e P r o p e r t i e s E a c h o f t h e s a m p l e s w a s t e s t e d i n t h e d i r e c t i o n p a r a l l e l t o t h e c a s t i n g , a n d / o r e x t r u s i o n d i r e c t i o n s ( s e e F i g u r e 3 . 1 1 i n E x p e r i m e n t a l s e c t i o n f o r r e f e r e n c e ) . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e p r o p e r t i e s f o r t h e s t u d i e d a l l o y s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 . 8 , a n d F i g u r e 4 . 1 4 i l l u s t r a t e s t h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n b e h a v i o r o f r e p r e s e n t a t i v e s a m p l e s . T h e Y S a n d U T S v a l u e s o f t h e a s - c a s t a l l o y s w e r e s i g n i fi c a n t l y l o w e r t h a n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . G r e a t e r B c o n t e n t s r e s u l t e d i n g r e a t e r t e n s i l e s t r e n g t h s f o r t h e a s - c a s t a l l o y s , b u t t h e s t r e n g t h s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e r e l a t i v e l y i n s e n s i t i v e t o B c o n t e n t . T h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e l o w e s t 8 f ( 2 . 5 % ) v a l u e . T h e 8 f v a l u e f o r t h e T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y w a s 8 . 2 % . E a c h o f t h e o t h e r a l l o y s e x h i b i t e d a m i n i m u m 8 f v a l u e o f 9 . 7 % . T a b l e 4 . 9 l i s t s t h e R T t e n s i l e p r o p e r t i e s f o r t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s ( t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s w e r e t a k e n f r o m S e n e t a l . [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] a n d T a m i r i s a k a n d a l a e t a l . [ T a m i r i s k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . S i m i l a r t o t h a t a t 4 5 5 ° C , t h e s t r e n g t h s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e i n s e n s i t i v e t o B c o n t e n t a t R T . H o w e v e r , t h e R T t e n s i l e s t r e n g t h s a n d E v a l u e s w e r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e a t 4 5 5 ° C . 1 1 3 T a b l e 4 . 8 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 3 5 % T i - 6 4 a s - c a s t 9 0 3 7 9 4 3 5 9 . 7 T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t 9 4 4 3 5 5 5 2 1 1 . 8 T i - 6 4 - l B a s - c a s t 1 0 3 5 1 3 6 1 4 2 . 5 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 0 2 6 7 6 7 5 0 l 0 . 7 T i - 6 4 - O . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 0 5 6 4 0 7 4 7 1 0 . 8 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 1 3 6 6 3 7 8 5 8 . 2 * E a c h o f t h e s a m p l e s w a s t e s t e d i n t h e d i r e c t i o n p a r a l l e l t o t h e c a s t i n g , a n d / o r e x t r u s i o n d i r e c t i o n s ( s e e F i g u r e 3 . 1 1 i n E x p e r i m e n t a l s e c t i o n f o r r e f e r e n c e ) . T a b l e 4 . 9 . R o o m T e m p e r a t u r e ( 2 2 ° C ) T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 8 f , % T i - 6 4 * a s - c a s t 1 0 7 8 3 4 9 0 0 6 . 0 T i - 6 4 - 0 . 1 B “ a s - c a s t 1 1 6 9 0 0 9 6 6 7 . 2 T i - 6 4 - 1 B * * a s - c a s t 1 4 6 9 7 5 1 0 4 5 2 . 5 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d l 2 5 1 0 3 3 1 0 9 5 1 0 . 5 T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 2 6 1 0 6 6 1 0 8 3 7 . 2 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 2 8 1 0 4 3 1 1 2 1 6 . 1 * [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] , * * [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) ] 1 1 4 8 ° 0 1 l _ 4 ; ? f : : f g 1 1 o : L i f ; 5 1 8 3 8 1 3 8 0 8 . A A 6 ~ T = 4 5 5 C r 3 / V / ‘ 7 0 0 g ? “ * A “ i 1 3 A 6 0 0 5 0 ~ A “ ‘ A A A A A A A A A A g 5 0 0 p ‘ E . € 5 4 . . . . . o o o o o o o o o o . g 4 0 0 { : 0 ‘ g 3 0 0 Q 0 T i - 6 4 a s - c a s t g g A T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t 2 0 0 p l T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t 4 l C T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 0 0 0 A T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d — T : 1 T i - 6 4 - 1 B c L a s t - a n d - e x t r l u d e d 1 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 S t r a i n , % F i g u r e 4 . 1 4 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n b e h a v i o r o f t h e s t u d i e d a l l o y s . A s h a s b e e n d e s c r i b e d p r e v i o u s l y i n t h i s c h a p t e r , t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s w e r e s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h t h e b a s a l p l a n e o f o r p h a s e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T e n s i l e t e s t s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n o f t h e e x t r u s i o n b a r s w e r e a l s o p e r f o r m e d ( s e e F i g u r e 3 . 1 4 i n E x p e r i m e n t a l s e c t i o n f o r o r i e n t a t i o n o f s a m p l e w i t h r e s p e c t t o e x t r u s i o n a x i s ) . T h e s e t e s t s w e r e p e r f o r m e d t o a s s e s s t h e e f f e c t o f t e x t u r e o n t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e S E M i m a g e i n F i g u r e 4 . 1 5 a s h o w s t h e s e t u p o f a r e p r e s e n t a t i v e s a m p l e a t 4 5 5 ° C a n d F i g u r e 4 . 1 5 b s h o w s a f r a c t u r e d s a m p l e ( T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y ) a f t e r t h e t e n s i l e t e s t . T h e s a m p l e b r o k e i n t h e m i d d l e o f t h e g a g e s e c t i o n a t 4 5 ° w i t h r e s p e c t t o t h e l o a d d i r e c t i o n , w h i c h s u g g e s t s a d u c t i l e f a i l u r e . 1 1 5 ( b ) F i g u r e 4 . 1 5 . S E S E M i m a g e s o f t e n s i l e t e s t f o r a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B s a m p l e t e s t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s a t 4 5 5 ° C . ( a ) b e f o r e t h e l o a d w a s a p p l i e d , a n d ( b ) a fi e r t h e b r o k e n o f t h e s a m p l e . A t y p e K t h e r m o c o u p l e w a s s p o t w e l d e d t o t h e s u r f a c e o f t h e s a m p l e t o m e a s u r e t h e t e m p e r a t u r e , w h i c h w a s a l t e r e d u s i n g a r e s i s t i v e h e a t e r l o c a t e d u n d e r n e a t h t h e s a m p l e . T h e Y S a n d U T S i n b o t h t h e l o n g i t u d i n a l ( L ) a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e s 4 . 1 6 a ( 4 5 5 ° C ) a n d 4 . 1 6 b ( R T ) . I t i s c l e a r t h a t t h e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n f o r a l l t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s i s h i g h e r t h a n t h a t i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n . T h i s a n i s o t r o p y w i t h r e s p e c t t o t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s r e s u l t e d f r o m t h e t e x t u r e c a u s e d b y t h e e x t r u s i o n p r o c e s s . N o t i c e t h a t t h e t e n s i l e a n i s o t r o p y i s m o r e p r o n o u n c e d f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y s . T h e U T S d i f f e r e n c e b e t w e e n l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s w a s 1 0 3 M P a a t 4 5 5 ° C a n d 1 5 3 M P a a t R T f o r c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y , t h e d i f f e r e n c e w a s 8 7 M P a a t 4 5 5 ° C a n d 9 6 M P a a t R T . H o w e v e r , t h e U T S d i f f e r e n c e f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y w a s s m a l l e r ( 3 5 M P a a t 4 5 5 ° C a n d 7 3 M P a a t R T ) . 1 1 6 1 1 3 51 . 1 .1 1 . 1 : 11 l . f E l Y 8 ( L ) u m ) D 1 1 3 0 1 I 5 7 3 1 7 ! I l 2 “ 2 2 . . . . . . 4 . 4 4 2 . » . . 4 - . . 4 4 . . ¢ > . J u m M T i - 6 4 C E T i - 6 4 - 0 . 1 B C E T i - 6 4 - 1 B C E B u r s a . ) 9 0 7 3 0 - 1 n v s m I n n s " ) T i - 6 4 C E T i - 6 4 - 0 . 1 B E T i - 6 4 - 1 B C E F i g u r e 4 . 1 6 . C o m p a r i s o n o f Y S a n d U T S i n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h r e c t a n g u l a r c o l u m n s ) a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c y l i n d e r s ) f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s ; ( 8 ) 4 5 5 ° C p r o p e r t i e s a n d ( b ) R T ( 2 2 ° C ) p r o p e r t i e s . 1 1 7 1 . 1 . 2 I n - s i t u T e n s i l e E x p e r i m e n t s F i g u r e 4 . 1 7 i l l u s t r a t e s i m a g e s t a k e n a t s e q u e n t i a l l o a d / d i s p l a c e m e n t l e v e l s d u r i n g t h e 4 5 5 ° C t e n s i l e d e f o r m a t i o n f o r a T i - 6 4 - 0 . l B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a m p l e t e s t e d p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h i s t e s t w a s p e r f o r m e d i n s i d e a n S E M c h a m b e r u s i n g t h e E r n e s t F u l l a m I n c . t e n s i l e s t a g e . T h e s u r f a c e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n , w h i c h i n c l u d e d e x t e n s i v e T i B - p h a s e m i c r o c r a c k i n g , w a s e v i d e n t . E a c h o f t h e B - c o n t a i n i n g a l l o y s e x h i b i t e d 0 1 - a n d B - p h a s e s l i p a b o v e t h e i r r e s p e c t i v e y i e l d s t r e s s e s a n d s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r c r a c k s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s m o r e t h a n 1 5 0 M P a b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s o f t h e a l l o y . T h e m i c r o c r a c k s g r e w a n d b e c a m e m o r e e x t e n s i v e i n t h e T i B w h i s k e r s a s t h e l o a d w a s i n c r e a s e d , s e e F i g u r e 4 . 1 7 . T h e 0 1 - a n d [ 3 - p h a s e s l i p e m a n a t e d f r o m t h e c r a c k e d T i B w h i s k e r s w h e r e h i g h - s t r e s s c o n c e n t r a t i o n s e x i s t e d , s e e F i g u r e s 4 . 1 7 6 a n d f . L o c a l i z e d s h e a r b a n d s f o r m e d a n d p r o p a g a t e d l e a d i n g t o c r a c k i n g i n t h e o r a n d B p h a s e s . F i g u r e 4 . 1 8 i n d i c a t e s t h e s u r f a c e r e g i o n n e a r t h e f r a c t u r e l o c a t i o n f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e . T h e e x t e n t o f T i B - p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t . T h e e x t e n t o f m a t r i x s l i p a s w e l l a s d i m p l e s o n t h e f r a c t u r e s u r f a c e s c o n fi r m e d t h a t t h e B - c o n t a i n i n g c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s t o l e r a t e d l a r g e e l o n g a t i o n s b e f o r e f a i l u r e o c c u r r e d e v e n t h o u g h m i c r o c r a c k i n g i n t h e T 1 3 w h i s k e r s o c c u r r e d p r i o r t o g l o b a l y i e l d i n g . F e a t u r e s s i m i l a r t o t h o s e o b s e r v e d o n t h e s u r f a c e ( m u l t i p l e T i B c r a c k i n g ) w e r e o b s e r v e d i n t h e i n t e r i o r o f t h e s a m p l e s a s w e l l . 1 1 8 F i g u r e 4 . 1 7 . S E S E M i m a g e s o f t h e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - O . l B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C ( a ) - ( m ) . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t . T h i s s a m p l e w a s n o t t a k e n t o f a i l u r e . 1 1 9 ( a ) t e s t e d 1 1 B p h i 1 . 1 1 . 5 D I s p l a c e m e n t , m m ( b ) 1 2 0 P a4 M F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 7 0 0 L l 6 0 0 ~ 5 0 0 — . 0 0 ! 3 0 0 — S t r e s s 2 0 0 . . 1 0 0 ~ ( d ) 1 2 1 F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 7 0 0 — 5 7 7 U 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m ( c ) T 7 ' i i T ' i i i ’ 7 f i f ’ T i ‘ j 5 " 1 A ‘ 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m ( 0 1 2 2 5 " " 1 s p l D i 1 . , 5 m " m m e n t a ( c b e ) F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 7 0 0 — 6 0 0 ~ 5 0 0 1 0 I I . { 4 0 0 - g a o o a 2 0 0 » V " 1 0 0 . " 2 2 . 5 5 ' 1 ' 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m ( 8 ) 1 2 3 F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 5 1 1 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m 0 ) 2 _ . 2 . 5 i 1 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m 0 ) 1 2 4 F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 7 0 0 — ( k ) ' 1 ’ 1 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m ( 1 ) 1 2 5 F i g u r e 4 . 1 7 ( c o n t i n u e d ) 7 0 0 4 0 0 . 5 7 ; 1 ' 1 . 5 2 2 . 5 D i s p l a c e m e n t , m m ( . m ) 1 2 6 F i g u r e 4 . 1 8 . S e c o n d a r y e l e c t r o n S E M i m a g e s o f t h e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l a n d t h e i m a g e w a s t a k e n w i t h i n 1 0 0 p m o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t . 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 — 1 B A l l o y s T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e p r o p e r t i e s f o r t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 . 1 0 a n d t h e R T t e n s i l e p r o p e r t i e s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 . 1 1 . T h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a r e a l s o i n c l u d e d f o r c o m p a r i s o n . F i g u r e 4 . 1 9 i l l u s t r a t e s t h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n b e h a v i o r o f r e p r e s e n t a t i v e s a m p l e s . T h e Y S a n d U T S v a l u e s o f t h e P M r o l l e d a n d a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y s w e r e s i g n i fi c a n t l y l o w e r t h a n t h e P M e x t r u d e d a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e Y S o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s s i m i l a r t o t h a t o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 — 1 B a l l o y , b u t i t s 8 f i s m u c h h i g h e r . T h e Y S , U T S a n d 8 f o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - I B a l l o y w e r e s i m i l a r t o t h o s e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . 1 2 7 T a b l e 4 . 1 0 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e S t u d i e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 8 5 % T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d 1 0 0 5 3 8 7 0 2 8 . 7 T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 1 1 7 6 9 1 8 0 4 9 . 0 T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t 1 0 3 5 1 3 6 1 4 2 . 5 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 1 3 6 6 3 7 8 5 8 . 2 T a b l e 4 . 1 1 . A v e r a g e R T ( 2 2 ° C ) T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e S t u d i e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 3 1 , , % T i — 6 4 - 1 B * P M r o l l e d 1 3 8 9 6 5 1 0 6 9 1 0 . 0 T i - 6 4 - 1 B * * P M e x t r u d e d 1 4 2 1 0 7 9 1 2 2 4 1 3 . 0 T i - 6 4 — 1 B * * a s - c a s t 1 4 6 9 7 5 1 0 4 5 2 . 5 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d — e x t r u d e d 1 2 8 1 0 4 3 1 1 2 1 6 . 1 * [ S c h w e n d i m a n ( 2 0 0 7 ) ] , * * [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) ] * 0 T i - 6 4 — 1 B a s c a s t ~ l — T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d + T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d + T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 2 4 6 8 1 0 S t r a i n , % F i g u r e 4 . 1 9 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s V S . s t r a i n b e h a v i o r o f r e p r e s e n t a t i v e T i - 6 4 - 1 B a l l o y s f o r e a c h p r o c e s s i n g c o n d i t i o n . 1 2 8 A s h a s b e e n s h o w n p r e v i o u s l y i n t h i s c h a p t e r , t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h t h e b a s a l p l a n e o f t h e o r p h a s e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h e T i B p h a s e w a s a l s o s t r o n g l y t e x t u r e d i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 — 1 B a l l o y . T e n s i l e t e s t s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n f o r t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s w e r e a l s o p e r f o r m e d i n o r d e r t o e v a l u a t e t h i s a n i s o t r o p y w i t h r e s p e c t t o t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s . A l t h o u g h t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y d o e s n o t e x h i b i t a s t r o n g t e x t u r e , t h e t e n s i l e t e s t w a s a l s o p e r f o r m e d a n d t h e s a m p l e w a s c u t p e r p e n d i c u l a r t o t h e r o l l e d p l a t e . T h e Y S a n d U T S i n b o t h l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s a t 4 5 5 ° C a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 0 a . T h e R T p r o p e r t i e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 % . F o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s i n l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s w e r e s i m i l a r ( b o t h a t 4 5 5 ° C a n d R T ) . T h i s i s r e a s o n a b l e a s t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . H o w e v e r , f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y , t h e Y S a n d U T S i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n a r e h i g h e r t h a n t h o s e i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , w h i c h i s S i m i l a r t o t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h i s a n i s o t r o p y w i t h r e s p e c t t o t h e t e n s i l e s t r e n g t h f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y w a s a r e s u l t o f t h e t e x t u r e c a u s e d b y t h e e x t r u s i o n p r o c e s s . 1 2 9 ; f 5 0 9 - 2 v - t 4 4 ¢ : “ v u : t ~ a £ . : 2 1 . 1 w . 1 < : k ) » w t i m ; . . . 3 ' . ; . . ‘ 3 . . 5 2 ” : v . . 3 4 . . 3 4 . s s e r t S 9 0 0 8 0 0 4 5 7 0 0 4 g s o w 1 1 2 : 1 o - 5 3 0 0 - - 2 0 0 4 1 0 0 4 . 1 : 1 v s m n u r s m U Y 5 ( T l u u r s m 1 4 0 0 1 2 0 0 1 “ 1 0 0 0 4 - 8 0 0 " 5 0 0 4 M P 2 0 0 - ~ P M r o l l e d . 7 1 1 1 1 1 1 ; P M e x t r u d e d C b ) 2 1 1 " 1 ' c a s t - a n d - e x t r u d e d U Y l e ) I U T 3 ( L ) 0 Y 5 " ) n u n s " ) F i g u r e 4 . 2 0 . C o m p a r i s o n o f Y S a n d U T S i n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c o l u m n s ) a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n ( p l o t t e d w i t h c y l i n d e r s ) f o r t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . ( a ) 4 5 5 ° C p r o p e r t i e s a n d ( b ) R T ( 2 2 ° C ) p r o p e r t i e s . * [ L i e b e r m a n ( 2 0 0 7 ) ] 1 3 0 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - X B A l l o y S y s t e m 2 . 1 T e n s i l e P r o p e r t i e s T h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s w e r e o n l y t e s t e d i n t h e l o n g i t u d i n a l o r i e n t a t i o n a s t h i s m a t e r i a l w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e p r o p e r t i e s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 . 1 2 a n d r e p r e s e n t a t i v e s t r e s s v e r s u s s t r a i n c u r v e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 1 . L a r g e r T i B - p h a s e v o l u m e f r a c t i o n s t e n d e d t o l e a d t o l a r g e r s t r e n g t h s a n d l a r g e r Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e s . A t 4 5 5 ° C , t h e T i - 6 2 4 Z S - O . 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e l a r g e s t 8 f v a l u e ( 1 0 . 3 % ) , w h i l e t h e T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B a n d T i - 6 2 4 Z S - I B a l l o y s e x h i b i t e d b r i t t l e fi ' a c t u r e a n d 8 f v a l u e s o f a p p r o x i m a t e l y 1 % . I n g e n e r a l , t h e a l l o y s ’ y i e l d s t r e n g t h s d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d t e m p e r a t u r e . T h e s t r e s s v e r s u s d i s p l a c e m e n t c u r v e f o r a T i - 6 2 4 Z S - 1 B a l l o y t e s t e d a t 5 6 5 ° C i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 2 . T h e v a r i o u s s t r e s s l e v e l s a t w h i c h t h e t e s t w a s p a u s e d f o r S E M i m a g i n g i s e v i d e n t o n t h i s p l o t . T a b l e 4 . 1 2 . E l e v a t e d - t e m p e r a t u r e T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B A l l o y s C o m p o s i t i o n T e m p e r a t u r e , ° C E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 8 5 % T i - 6 2 4 2 S 4 5 5 9 7 5 4 2 5 6 9 8 . 2 T i - 6 2 4 Z S - O . 1 B 4 5 5 9 5 5 8 7 6 6 0 1 0 . 3 T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B 4 5 5 9 7 6 6 3 6 6 7 1 . 1 T i - 6 2 4 2 S - O . 4 B 5 1 0 N / A 5 2 6 6 6 9 N / A T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B 5 6 5 N / A 5 0 0 6 6 7 N / A T i - 6 2 4 2 8 - I B 4 5 5 1 1 2 6 6 0 7 0 7 1 . 3 T i - 6 2 4 Z S - 1 B 5 1 0 N / A 5 5 2 6 4 5 N / A T i - 6 2 4 Z S - 1 B 5 6 5 N / A 5 0 0 6 5 2 N / A N / A : n o t a v a i l a b l e 1 3 1 2 0 ° l — o — T i - 6 2 4 z s 1 0 0 I + T i - 5 2 4 z s - 0 . 1 B : 3 — z 1 — T i - 6 2 4 z s - 0 . 4 B + r i - 6 2 4 2 s - 1 B . . . 0 2 4 6 8 1 o 1 2 S t r a i n , % F i g u r e 4 . 2 1 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s V S . s t r a i n p l o t o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . T i - 6 2 4 2 8 - 1 B T = 5 6 5 ° C 6 0 0 l l 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 D i s p l a c e m e n t , m m F i g u r e 4 . 2 2 . T e n s i l e s t r e s s V S . d i s p l a c e m e n t p l o t f o r a T i - 6 2 4 2 S - 1 B s p e c i m e n a t 5 6 5 ° C . T h e “ X ” i n d i c a t e s f r a c t u r e . T h e t e s t w a s p a u s e d a t d i f f e r e n t i n t e r v a l s f o r i m a g i n g a n d t h e s e i n t e r v a l s a r e i d e n t i fi e d b y t h e r e d u c t i o n i n l o a d t h a t o c c u r r e d a n d / o r t h e o p e n c i r c l e s . 1 3 2 2 . 2 I n - s i t u T e n s i l e T e s t s F i g u r e s 4 . 2 3 a n d 4 . 2 4 i l l u s t r a t e i m a g e s t a k e n a t s e q u e n t i a l l o a d / d i s p l a c e m e n t l e v e l s d u r i n g t h e 5 6 5 ° C t e n s i l e d e f o r m a t i o n f o r t h e T i - 6 2 4 2 S - 1 B ( s e e F i g u r e 4 . 2 2 f o r t h e s t r e s s v s . s t r a i n p l o t ) a n d T i - 6 2 4 Z S — O . 4 B a l l o y s a m p l e s , r e s p e c t i v e l y . S i m i l a r t o t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , t h e s e a l l o y s e x h i b i t e d g l o b a l y i e l d i n g a b o v e t h e i r r e s p e c t i v e y i e l d s t r e s s e s a n d s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r c r a c k s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s m o r e t h a n 1 0 0 M P a b e l o w t h e i r g l o b a l y i e l d s t r e s s . T h e m i c r o c r a c k s g r e w a n d b e c a m e m o r e e x t e n s i v e i n t h e T i B w h i s k e r s a s t h e l o a d w a s i n c r e a s e d . T h e 0 1 - a n d [ 3 - p h a s e s l i p e m a n a t e d f r o m t h e c r a c k e d T i B w h i s k e r s w h e r e h i g h - s t r e s s c o n c e n t r a t i o n s e x i s t e d . L o c a l i z e d s h e a r b a n d s f o r m e d a n d p r o p a g a t e d l e a d i n g t o c r a c k i n g i n t h e o r a n d [ 3 p h a s e s . T h e e x t e n t o f m a t r i x s l i p a s w e l l a s d i m p l e s o n t h e f r a c t u r e s u r f a c e s ( F i g u r e 4 . 2 5 ) c o n fi r m e d t h a t t h e a l l o y t o l e r a t e d s o m e e l o n g a t i o n b e f o r e f a i l u r e o c c u r r e d e v e n t h o u g h m i c r o c r a c k i n g i n t h e T i B w h i s k e r s o c c u r r e d p r i o r t o g l o b a l y i e l d i n g . T h e a b o v e - m e n t i o n e d s u r f a c e d e f o r m a t i o n o b s e r v a t i o n s w e r e t y p i c a l f o r a l l t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e s a m p l e s t e s t e d . F e a t u r e s s i m i l a r t o t h o s e o b s e r v e d o n t h e s u r f a c e ( m u l t i p l e T i B c r a c k i n g ) w e r e o b s e r v e d i n t h e i n t e r i o r o f t h e s a m p l e s a s w e l l . 1 3 3 F i g u r e 4 . 2 3 . ( a ) - ( e ) S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 2 8 — 1 B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e d i s p l a c e m e n t s / l o a d s w e r e i n d i c a t e d . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t i n t h e s e i m a g e s . A r r o w s i n d i c a t e s l i p l i n e s i n t h e 0 1 + B m i c r o s t r u c t u r e . 1 3 4 m 2 - 5 8 4 . 4 4 . 6 4 . 4 4 6 . . \ . 1 . 2 . . 5 2 8 . . [ . 1 . l . . 1 . ( . . . . / _ / / , . / / . . 1 . , ? / ~ m % x . . . U . . / , f r w x 1 4 1 / 2 7 1 1 . 3 . . fi . . , 1 . ! . 1 1 . . . . . . r t . 2 v . . . . . . . . . . . l < . ~ v T 1 . \ ’ h 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 . 6 8 % : E 2 4 . 4 4 4 . ” l 2 l i 1 W . { 1 ( . M 1 3 6 . ( d ) 6 5 0 M P a / 1 . 2 3 2 m m ‘ F i g u r e 4 . 2 3 ( c o n t i n u e d ) F i g u r e 4 . 2 3 ( c o n t i n u e d ) ( e ) p o s t f a i l u r e 1 3 7 F i g u r e 4 . 2 4 . ( a ) - ( t ) S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B s a m p l e t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e d i s p l a c e m e n t s / l o a d s w e r e i n d i c a t e d . T h e T i B p h a s e c r a c k i n g e v o l u t i o n i s e v i d e n t i n t h e s e i m a g e s . S l i p l i n e s i n t h e 0 1 + [ 3 m i c r o s t r u c t u r e a r e e v i d e n t . 1 3 8 m 1 3 9 ( b ) S O O M P . 3 a / 0 8 3 t h e ( 1 ' 1 1 1 1 8 1 1 1 1 5 6 3 ° C ( a ) O M P a / O m m 8 1 4 0 ‘ ( d ) 3 0 1 1 m m M P a / . 2 ( c ) 5 7 5 M P a / 0 . 9 6 0 m F i g u r e 4 . 2 4 ( c o n t i n u e d ) F i g u r e 4 . 2 4 ( c o n t i n u e d ) h ‘ . “ \ \ ' . k “ \ ‘ 1 . ‘ , . \ 1 4 1 F i g u r e 4 . 2 5 . S E S E M i m a g e o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f ( a ) T i - 6 2 4 Z S - 1 B a n d ( b ) T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B t e n s i l e s a m p l e s t e n s i l e t e s t e d a t 5 6 5 ° C w h e r e d u c t i l e d i m p l e s w e r e e x h i b i t e d . T h e t e n s i l e a x i s w a s h o r i z o n t a l . 1 4 2 C . F a t i g u e B e h a v i o r R e s u l t s 1 . T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s 1 . 1 . 1 F a t i g u e B e h a v i o r ( 4 5 5 ° C ) T h e 4 5 5 ° C f a t i g u e S - N c u r v e s o b t a i n e d f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 6 a . F o r t h e m a x i m u m s t r e s s l e v e l s o f 3 5 0 M P a , 4 0 0 M P a , a n d 4 5 0 M P a , t h e t h r e e a s - c a s t T i - 6 4 - O . 1 B s a m p l e s t e s t e d e a c h e x h i b i t e d l o n g e r l i v e s t h a n t h e s a m p l e s o f t h e o t h e r a s - c a s t a l l o y s . C o m p a r i n g t h e a s - c a s t T i - 6 4 - l B a n d T i - 6 4 a l l o y s , t h e r e w a s o v e r l a p i n t h e N f r a n g e s e x h i b i t e d a t a g i v e n m a x i m u m s t r e s s l e v e l , t h o u g h t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d g r e a t e r a v e r a g e N f v a l u e s . I t i s n o t e d t h a t t h e S - N b e h a v i o r f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y w a s q u i t e s i m i l a r t o t h a t f o r a c a s t - t h e n - f o r g e d T i - 6 4 a l l o y , w i t h a n a - l a t h w i d t h s i z e b e t w e e n 1 - 2 p m , t e s t e d a t 4 5 0 ° C [ N a l l a ( 2 0 0 3 ) ] . T h e 4 5 5 ° C f a t i g u e S - N c u r v e s o b t a i n e d f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 6 b . T h e f a t i g u e l i v e s o f t h e s e a l l o y s w e r e s u p e r i o r t o t h o s e f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . U n l i k e t h a t f o r t h e a s - c a s t a l l o y s , t h e B - m o d i fi c a t i o n o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s d i d n o t r e s u l t i n i m p r o v e d f a t i g u e s t r e n g t h . I n f a c t , c o m p a r i n g t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a t t h e m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 5 5 0 M P a , t h e B - c o n t a i n i n g a l l o y s a l w a y s e x h i b i t e d l o w e r N f v a l u e s t h a n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . F o r t h e c a s t - t h e n e x t r u d e d a l l o y s , t h e T i - 6 4 a l l o y e x h i b i t e d g r e a t e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s t h a n t h e B - m o d i fi e d a l l o y s . 1 4 3 ° 8 1 . m ‘ T = 4 5 5 % : a . E 5 0 0 — — 1 0 ' U } 1 £ 4 5 0 4 0 c a n I - m . ' 5 - % _ 4 0 0 ‘ — e e e o I I l — ‘ O . < E 3 5 0 4 a 0 O i l — ) 7 3 1 1 _ § 0 T i - 6 4 a s - c a s t 1 2 3 0 ° ‘ I T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t ' - > 1 9 T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t } 2 5 0 1 1 e e — 3 1 1 0 0 0 1 0 4 1 0 5 1 0 ‘ 5 _ ' 1 0 7 C y c l e s - t o - F a i l u r e ( a ) 5 5 0 — — — — . + I I I fl — — r e m T = 4 5 5 ° C 0 | 0 O - e e 0 e e — ) 4 4 5 0 — e - I D I — ) — 1 0 1 — e e — ) 2 0 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d I T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 9 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 2 5 0 l l I 1 0 0 0 1 0 ‘ 1 0 5 _ 6 C y c l e s - t o - F a l l u r e ( b ) M a x i m u m A p p l i e d S t r e s s , M P a 0 0 . 5 8 ° 1 0 7 F i g u r e 4 . 2 6 . M a x i m u m a p p l i e d s t r e s s v e r s u s c y c l e s t o f a i l u r e c u r v e s f o r t h e ( a ) a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a n d t h e ( b ) c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C w h e r e r u n o u t s p e c i m e n s a r e m a r k e d w i t h a n a r r o w . 1 4 4 F o r t h e a s - c a s t f a t i g u e s a m p l e s w h i c h f r a c t u r e d , s t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s d u r i n g d e fi n e d f a t i g u e c y c l e s a r e s h o w n i n F i g u r e s 4 . 2 7 a , b , a n d c . T h e E v a l u e t e n d e d t o d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g c y c l e n u m b e r i n d i c a t i n g t h a t d a m a g e w a s o c c u r r i n g i n t h e s a m p l e s . T h e d a m a g e w a s o b s e r v e d t o b e i n t h e f o r m o f b o t h T i B - p h a s e c r a c k i n g a n d o r - p h a s e c r a c k i n g w h i c h w i l l b e s h o w n l a t e r . A n E v a l u e d e c r e a s e o f 1 4 % w a s t h e m a x i m u m d e c r e a s e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e t e s t e d a t G m a x = 4 0 0 M P a ( E = 8 8 G P a a t c y c l e 1 0 0 a n d E = 7 6 G P a a t c y c l e 9 0 0 , 0 0 0 ; N f = 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s ) . H o w e v e r , u s u a l l y o n l y a 5 % d e c r e a s e i n E w a s e x h i b i t e d b y t h e a s - c a s t s a m p l e s p r i o r t o f r a c t u r e . F o r e a c h r u n o u t s a m p l e , a n E v a l u e d e c r e a s e w a s n o t o b s e r v e d . T h i s s u g g e s t s t h a t f a t i g u e d a m a g e d i d n o t o c c u r . S e l e c t e d f a t i g u e r u n o u t s a m p l e s w e r e t e n s i l e t e s t e d a t 4 5 5 ° C , s e e T a b l e 4 . 1 3 . C o m p a r i n g t h e s e r e s u l t s t o t h o s e i n T a b l e 4 . 8 , i t i s e v i d e n t t h a t t h e r e w a s n o s t r e n g t h l o s s d u e t o f a t i g u e . T h i s f u r t h e r s u g g e s t s t h a t n o f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d t o t h e s a m p l e s t h a t e x p e r i e n c e d r u n o u t . T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e s d i d n o t s h o w a n E v a l u e d e c r e a s e d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s , s e e F i g u r e s 4 . 2 7 d , e , a n d f . T h e s h i f t o f t h e h y s t e r e s i s w i t h i n c r e a s i n g c y c l e n u m b e r i n d i c a t e s c r e e p o c c u r r e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s . T h i s i n c r e a s e d c r e e p i s r e a s o n a b l e b a s e d o n t h e 4 5 5 ° C c r e e p b e h a v i o r o f t h e s e a l l o y s , a s w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r i n t h e r e s u l t s s e c t i o n o n t h e c r e e p b e h a v i o r . N o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - f a t i g u e g a g e s e c t i o n s f o r a n y o f t h e s a m p l e s t e s t e d e v e n a f t e r m o r e t h a n t w o m i l l i o n c y c l e s o f f a t i g u e e x p o s u r e a t 4 5 5 ° C . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , a , a n d B p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . 1 4 5 T a b l e 4 . 1 3 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s f o r t h e R u n o u t T i - 6 4 - x B A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d S p e c i m e n s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 8 5 0 / 0 T i - 6 4 a s - c a s t 8 4 3 8 9 4 1 7 8 . 9 T i - 6 4 - O . 1 B a s - c a s t 9 5 4 3 4 5 3 7 5 . 9 T i - 6 4 — l B a s - c a s t 1 0 7 5 4 4 6 0 3 1 . 4 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 9 7 6 4 5 7 7 1 l l . 8 T i - 6 4 - 0 . l B c a s t - a n d - e x t r u d e d l 0 6 6 7 7 8 0 0 9 . 5 T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 0 9 6 7 6 8 0 4 8 . 8 1 4 6 F i g u r e 4 . 2 7 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t t h e m a r k e d c y c l e n u m b e r s f o r t h e s t u d i e d a l l o y s t e s t e d a t 4 5 5 ° C . ( a ) T i - 6 4 a s - c a s t , ( b ) T i - 6 4 - 0 . l B a s - c a s t , ( c ) T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t , ( d ) T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d , ( e ) T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d , a n d ( t ) T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d . T h e s l o p e o f e a c h c u r v e i s i n d i c a t e d b y t h e l i s t e d Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e . 1 4 7 a P M , s s e r t S 5 0 0 4 0 0 1 w 0 0 S t r e s s , M P a N 8 1 0 0 — T i - 6 4 N r = 1 1 9 0 6 c y c l e s a s - c a s t / T = 4 5 5 ° C f / / l 8 7 . 7 G P a / 8 7 . 7 G P a , / 1 - 8 5 . 3 G P a , 4 ' 1 . “ , 1 " / C y c l e # _ 1 " / 2 . - 1 0 0 " / + 1 0 0 0 1 + 1 0 0 0 0 1 l 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 T o t a l s t r a i n , m m l m m ( a ) ' 8 ‘ 0 1 - 0 . 0 0 2 0 I O A 9 4 . 9 G P a + 4 4 1 1 1 ) 0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 % 0 . “ ) 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 T o t a l s t r a i n , r m ‘ l m n ( b ) 1 4 8 F i g u r e 4 . 2 7 ( c o n t i n u e d ) 4 0 0 . , . 1 “ - 6 4 4 3 M 1 0 5 3 8 c y c l e s ‘ 7 4 G P a 1 2 a s s e s 9 - 2 3 5 ° , . , 1 T = 4 5 5 ° C 1 3 0 0 — ' — 1 0 1 “ D . 2 5 0 — 1 9 2 . 4 3 1 3 3 2 E 1 9 7 . 4 G P a { 9 5 3 9 9 3 . o n “ 2 0 0 — ‘ — 8 1 1 L O . 1 5 1 5 0 _ . l 1 c h l e # 1 ‘ ° 9 3 ‘ + 1 C 0 V 1 1 m — ‘ 1 — 1 | — 1 % ) _ 1 1 + 1 0 0 0 0 1 5 ° : _ , i + 1 0 0 0 0 0 , - 9 7 . 5 G P a * ' 8 3 3 3 3 0 . , - 0 . ( X J 5 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 T o t a l s t r a i n , m fl m n ( C ) m 1 ‘ T I - 6 4 . . . . ° ‘ c a s t - a n d - e x i r u d e d ' 4 0 ° 1 ” M = 2 8 8 4 8 c y d e s J 1 1 a , T = 4 5 5 ° 9 1 3 . 2 ( ‘ 4 5 ‘ 8 9 3 7 3 ” n . . 2 E 3 0 0 . I n “ 1 . ‘ 8 - 1 b a n L e 2 ‘ ( O 1 . l 0 M e # 1 . 1 0 0 , 1 0 0 ‘ — — - 1 0 0 0 — ‘ . l . + 1 W 0 9 8 . 4 G P a 1 o 1 0 0 0 1 o 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 . 0 0 8 T o t a l s t r a i n , m r l n ' m ( d ) 1 4 9 F i g u r e 4 . 2 7 ( c o n t i n u e d ) m 1 1 1 i 1 1 1 1 - 6 4 - 0 . 1 B 9 9 O G P a 9 9 . 4 G P d w e s t e r n - e x t r u d e d o I . . 1 v : 4 0 0 - M = 5 0 2 2 9 2 c y d e s - ' , ‘ ' - 1 1 1 1 1 T = 4 5 5 ° C m a m ! 9 9 . 5 < 3 P a 1 E 1 m “ t n 1 g m - — . ' ‘ v _ w 1 O I O A ' c y d e # 1 ' 0 , 1 0 0 + 1 m 0 1 0 ° C + 1 0 0 0 0 “ o I O ‘ 7 ' + 1 0 0 0 0 0 i o 1 9 9 . 4 G p a 1 0 0 4 1 3 1 3 2 1 1 4 ” 0 9 ° 0 0 1 0 N 1 0 0 . 0 0 1 0 . ” 0 1 1 1 3 0 W 4 0 0 0 5 0 1 1 5 0 W T o t a l s h a i n , m r l m n ( e ) 5 0 0 1 1 1 - 6 4 4 3 ‘ 1 0 0 . 6 G P a ; 1 - a n d - e x h u d e d 0 ' . . ‘ i f 1 M = 7 9 2 3 0 c y c l a s ' ' ‘ a T = 4 5 5 ° C a ' ‘ 1 0 : g a p , ‘ i 3 0 0 1 * ' 3 ' a 1 0 0 . 7 G P a * 1 m , j 2 1 . I ‘ a n 1 ‘ ‘ ‘ , ‘ 4 1 O I O , W a i t ‘ 1 + 4 0 0 ‘ 1 0 0 j — + 1 0 0 0 — ‘ . ' . . e + 1 0 0 0 0 ‘ 1 0 1 . 1 + 5 ° ° ° ° 0 N 1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 1 1 1 3 0 . 0 0 4 0 0 0 5 0 1 1 5 0 . “ ) ? T o t a l s t a i n , m i r r m ( 0 1 5 0 1 . 1 . 2 F r a c t u r e A n a l y s i s F o r t h e B - c o n t a i n i n g a s - c a s t a l l o y s , T i B - p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t w i t h i n t h e d e f o r m e d g a g e s e c t i o n s , s e e F i g u r e s 4 . 2 8 b a n d c . T h i s b e h a v i o r w a s s i m i l a r t o t h a t f o r a T i - 6 4 / T i B a l l o y c o n t a i n i n g 0 . 5 w t . % B [ S o b o y e j o ( 2 0 0 4 ) ] . T h e a - p h a s e a l s o e x h i b i t e d a s i g n i fi c a n t a m o u n t o f c r a c k i n g , s e e F i g u r e 4 . 2 8 a , w h i l e c r a c k s w e r e o n l y r a r e l y o b s e r v e d w i t h i n t h e fi n e [ 3 p h a s e . F o r e a c h a l l o y , c r a c k s w e r e o b s e r v e d a l o n g t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s a n d g r e w p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g d i r e c t i o n , s e e F i g u r e 4 . 2 9 . T h u s t h e e n v i r o n m e n t a f f e c t e d t h e f a t i g u e p e r f o r m a n c e a n d i t i s f e l t t h a t t h e ( a t — c a s e o n t h e s u r f a c e , d u e t o t h e o x i d a t i o n , a s s i s t e d t h i s s u r f a c e c r a c k i n g . T h e fi n a l f a i l u r e w a s v e r y l i k e l y c a u s e d b y o n e o f t h e s e c r a c k s w h i c h g r e w i n t o t h e s a m p l e , s e e F i g u r e 4 . 2 % . T i B - p h a s e a n d a - p h a s e c r a c k i n g w a s o b s e r v e d i n t h e f r a c t u r e d B - m o d i fi e d c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s s i m i l a r t o t h a t o b s e r v e d f o r t h e B - m o d i fi e d a s - c a s t a l l o y s , s e e F i g u r e 4 . 3 0 . 1 5 1 F i g u r e 4 . 2 8 . ( a ) — ( c ) B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s o f p o s t - f a t i g u e a s - c a s t T i - 6 4 - x B s a m p l e s . I n ( a ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e a - p h a s e l a t h s w a s e x h i b i t e d a n d p e r i o d i c s h e a r b a n d s w e r e e v i d e n t i n t h e [ 3 p h a s e . C r a c k i n g w i t h i n t h e T i B - p h a s e w a s e x h i b i t e d f o r t h e B - m o d i fi e d a l l o y s i n ( b ) a n d ( c ) . 1 5 2 s e c t i o n s o f p o fl - h s w a s e x h i b i t e d 1 e T i B - p h a S C “ 3 5 . 1 ‘ ‘ _ , fl ‘ x l - 1 . ‘ . ‘ 1 . , 1 ; , 1 ‘ ; ; - 1 1 1 5 7 1 ~ 4 0 H m 1 ( b ) T i - 6 4 - 0 . 1 B , N 1 = 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s , G m a x = 4 0 0 M P a 1 5 3 1 5 4 ( c ) T i - 6 4 - l B , N 1 = 3 2 , 7 1 8 c y c l e s , C m a x = 3 5 0 M P a F i g u r e 4 . 2 8 ( c o n t i n u e d ) F i g u r e 4 . 2 9 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s s h o w i n g s e c o n d a r y c r a c k s i n t h e a c a s e o n t h e s u r f a c e o f T i - 6 4 - x B s a m p l e s . O x i d a t i o n o c c u r r e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s . 1 5 5 / / / / / / . , 1 ( a ) A s - c a s t T i - 6 4 , N t = 4 4 J S 3 c y c l e s , O ' m a x = 3 5 0 M P a a r y c r a c k s i n i t : f a t i g u e [ e m 3 ( b ) A s - c a s t T i - 6 4 - O . 1 B , N 5 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s , G m a x = 4 0 0 M P a 1 5 6 F i g u r e 4 . 2 9 ( c o n t i n u e d ) i , 1 _ 7 , 1 0 u m E ( c ) C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 , N f = 2 8 £ 4 8 c y c l e s , U m a x = 5 0 0 M P a 1 5 7 ‘ I V . ‘ ‘ . . " ' , ‘ _ . . " 1 : 1 1 " x ' _ A - _ “ j . x _ _ _ - ' - . _ _ _ . . _ _ _ . - , L i f ( 1 1 1 0 - 6 4 . 1 5 , $ 1 9 9 , 2 3 0 , 0 1 1 , 6 m = s o M P a F i g u r e 4 . 3 0 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . I n ( a ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e a - p h a s e l a t h s w a s e x h i b i t e d . I n ( b ) , c r a c k i n g w i t h i n t h e T i B - p h a s e w a s e x h i b i t e d . 1 5 8 S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f f r a c t u r e s u r f a c e s f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 — x B a l l o y s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 4 . 3 1 t o 4 . 3 4 . F r a c t u r e i n i t i a t i o n s i t e s w e r e t y p i c a l l y l o c a t e d a t s u r f a c e l o c a t i o n s , s e e F i g u r e s 4 . 3 1 a a n d b . I n s o m e c a s e s , m u l t i p l e s u r f a c e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s w e r e e v i d e n t . F i g u r e 4 . 3 1 b i l l u s t r a t e s t h e c r a c k i n i t i a t i o n , c r a c k p r o p a g a t i o n , a n d o v e r l o a d r e g i o n s f o r a T i - 6 4 s a m p l e . T h e o v e r l o a d r e g i o n s c o n t a i n e d d u c t i l e d i m p l e s , s e e f o r e x a m p l e F i g u r e s 4 . 3 2 a a n d b f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s a m p l e . T h e c r a c k g r o w t h r e g i o n s o f t h e s a m p l e c o n s u m e d a l a r g e e x t e n t o f t h e t h i c k n e s s o f t h e s a m p l e s , s e e F i g u r e 4 . 3 3 . F i g u r e 4 . 3 3 i l l u s t r a t e s t h e e n v i r o n m e n t a l s u s c e p t i b i l i t y o f t h e a l l o y s a s t h e c o l o r e d r e g i o n o n t h e f r a c t u r e s u r f a c e i n d i c a t e d t h e c r a c k g r o w t h r e g i o n w h i c h o x i d i z e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t . T h e s h i n y m e t a l l i c r e g i o n s o u t s i d e t h e c o l o r e d r e g i o n r e p r e s e n t t h e o v e r l o a d r e g i o n s / s u r f a c e s w h i c h w e r e n o t o x i d i z e d . T h e f r a c t u r e s u r f a c e a p p e a r a n c e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s p e c i m e n s ( F i g u r e 4 . 3 2 ) w a s s o m e w h a t d i f f e r e n t t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - O . 1 B s p e c i m e n s ( F i g u r e 4 . 3 4 ) a s l a r g e r f a c e t e d r e g i o n s w e r e e v i d e n t a n d f e w e r d i m p l e s w e r e e v i d e n t . T h e f r a c t u r e s u r f a c e o f a s - c a s t T i - 6 4 - O . 1 B ( F i g u r e 4 . 3 4 ) s a m p l e i n d i c a t e d a m o r e t o r t u o u s c r a c k p a t h t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s a m p l e . I n s o m e c a s e s , t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B f r a c t u r e s u r f a c e s e x h i b i t e d c l e a v a g e , i n d i c a t i n g b r i t t l e f r a c t u r e . 1 5 9 ( b ) A s - c a s t T i - 6 4 , N f : 2 8 , 8 4 8 c y c l e s U m a x = 3 5 0 M P a F i g u r e 4 . 3 1 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s — c a s t T i - 6 4 s p e c i m e n . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s . T h i s s a m p l e h a d t w o c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . 1 6 0 ( a ) A s - c a s t T i - 6 4 - 1 B , N f : 3 2 , 7 1 8 c y c l e s , O m a x = 3 5 0 M P a “ 1 & 1 » . . _ - _ _ _ , _ , ( b ) A s - c a s t T i - 6 4 - 1 B , N f = 3 2 , 7 1 8 c y c l e s , O ' m a x = 3 5 0 M P a ' . , F i g u r e 4 . 3 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B s a m p l e . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . 1 6 1 F i g u r e 4 . 3 3 . L o w - m a g n i fi c a t i o n d i g i t a l i m a g e o f t h e o x i d i z e d c r a c k g r o w t h r e g i o n ( d a r k c o l o r e d ) f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - l B s p e c i m e n w h i c h f r a c t u r e d a f t e r 2 5 , 5 5 5 c y c l e s f o r a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 4 0 0 M P a . T h e r u l e r s c a l e i s i n m i l l i m e t e r s . 1 6 2 L " 1 . ( b ) A s - c a s t T i - 6 4 - 0 . I B , N f = 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s , G m a x = 4 0 0 M P a F i g u r e 4 . 3 4 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e . ( a ) l o w e r m a g n i fi c a t i o n a n d ( b ) h i g h e r m a g n i fi c a t i o n . 1 6 3 S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f f r a c t u r e s u r f a c e s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 4 . 3 5 a n d 4 . 3 6 . F r a c t u r e i n i t i a t i o n s i t e s w e r e t y p i c a l l y l o c a t e d a t s u r f a c e l o c a t i o n s , s e e F i g u r e s 4 . 3 5 a a n d b . F i g u r e 4 . 3 6 c l e a r l y s h o w s f a t i g u e s t r i a t i o n s i n t h e c r a c k p r e p a g a t i o n r e g i o n o f a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 s a m p l e a n d a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - O . l B s a m p l e . I n s o m e c a s e s , m u l t i p l e s u r f a c e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s w e r e e v i d e n t . T h e o v e r l o a d r e g i o n s i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s c o n t a i n e d d u c t i l e d i m p l e s s e e f o r e x a m p l e F i g u r e s 4 . 3 7 a , b a n d c , w h i c h i n d i c a t e s d u c t i l e f a i l u r e . T h e c r a c k g r o w t h r e g i o n s o f t h e s a m p l e c o n s u m e d a l a r g e e x t e n t o f t h e t h i c k n e s s o f t h e s a m p l e s , s e e F i g u r e 4 . 3 8 . F i g u r e 4 . 3 8 i l l u s t r a t e s t h e e n v i r o n m e n t a l s u s c e p t i b i l i t y o f t h e a l l o y s a s t h e c o l o r e d r e g i o n o n t h e f r a c t u r e s u r f a c e i n d i c a t e d t h e c r a c k g r o w t h r e g i o n w h i c h o x i d i z e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t . T h e s h i n y m e t a l l i c r e g i o n s o u t s i d e t h e c o l o r e d r e g i o n r e p r e s e n t t h e o v e r l o a d r e g i o n s / s u r f a c e s w h i c h w e r e n o t o x i d i z e d . 1 6 4 M “ “I i l “ I l “ I I i l i I l l . - ” l i 1 1 1 1 1 6 1 9 9 9 3 0 3 0 6 3 1 1 1 1 1 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ‘ 1 5 : - x i t . . . i t 1 . S e ; . m B r u i t ? x : I 1 L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K I P r o i / A o c a P r e l e I R C I D a t e D u e . I n d d F i g u r e 4 . 3 5 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e ( a ) ( b ) a c a s t - a n d - e x t r d u e d T i - 6 4 s a m p l e . ( c ) ( d ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - I B s a m p l e . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s . 1 6 5 { i v / [ 1 ‘ , _ ' U . ‘ P ' . ( b ) C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 , N f = 2 8 £ 4 8 c y c l e s , G m a x = 5 0 0 M P a 1 6 6 F i g u r e 4 . 3 5 ( c o n t i n u e d ) ( d ) C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - I B , N f : 7 9 , 2 3 0 c y c l e s , G m a x = 5 0 0 M P a 1 6 7 F i g u r e 4 . 3 6 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f ( a ) ( b ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 s a m p l e . ( c ) a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . l B s a m p l e . F a t i g u e s t r i a t i o n s a r e s h o w n i n t h e f a t i g u e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n . 1 6 8 ( b ) C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 , N t = 2 8 3 4 8 c y a ; a g e d ) M P a 1 6 9 F i g u r e 4 . 3 6 ( c o n t i n u e d ) 1 7 0 F i g u r e 4 . 3 7 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e o v e r l o a d r e g i o n o n f r a c t u r e s u r f a c e f o r c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e o v e r l o a d r e g i o n e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . 1 7 1 ( a ) T i - 6 4 , N f : 2 8 , 8 4 8 c y c l e s , G m a x = 5 0 0 M P a ‘ 7 . 1 7 2 F i g u r e 4 . 3 7 ( c o n t i n u e d ) ( 0 ) T i - 6 4 - 1 B , N 5 7 9 , 2 - . 3 g _ t i 0 c y c l e s , o m g x = ' 5 1 0 M 0 P 0 0 g a m 7 t » ? ! « J 1 7 3 F i g u r e 4 . 3 8 . L o w - m a g n i fi c a t i o n d i g i t a l i m a g e o f t h e o x i d i z e d c r a c k g r o w t h r e g i o n ( d a r k c o l o r e d ) f o r a c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B s p e c i m e n w h i c h f r a c t u r e d a f t e r 4 2 , 1 2 7 c y c l e s f o r a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 5 0 0 M P a . T h e r u l e r s c a l e i s i n m i l l i m e t e r s . 1 7 4 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i — 6 4 — 1 B A l l o y s 1 . 2 . 1 F a t i g u e B e h a v i o r ( 4 5 5 ° C ) T h e f a t i g u e S - N c u r v e s o b t a i n e d f o r t h e T i - 6 4 - l B a l l o y w i t h d i f f e r e n t p r o c e s s i n g C o n d i t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e s 4 . 3 9 a a n d b . F o r t h e P M p r o c e s s e d a l l o y s ( F i g u r e 4 . 3 9 a ) , t h e e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y l o n g e r N f v a l u e s t h a n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y . C o m p a r i n g w i t h t h e N f v a l u e s o f t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e f a t i g u e N f v a l u e s o f P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B w e r e g r e a t e r . T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d s i m i l a r f a t i g u e l i v e s t o t h o s e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y . T h e N f v a l u e s o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - l B w e r e t h e l o w e s t . 1 7 5 - 2 O 2 5 3 0 E g , s g ' E . < ' E 7 6 6 5 5 4 4 3 3 0 5 0 5 0 5 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 l i I ~ ~ — ~ _ 1 o 0 0 - T = I ' - ' o I T T i i - - 6 6 4 4 - ~ 1 1 B B P P M M r e o x l t e l r d u d e d ‘ ‘ ‘ ‘ “ ‘ ‘ _ ° C — ) 5 ’ . 5 ’ 4 9 O ‘ 4 " 1 ' I " " r a o l l l l o e y d s . a R n u d n P u o M t e p x e t c r i u m d e e n d s s T a - i r e 6 m 4 a - r 1 k B e , a 1 w 1 i 0 y t s h d ( b ) a n a r r a o s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B w . o 1 0 0 1 0 0 0 1 0 ‘ 1 0 5 1 0 ° 1 0 7 C y c l o s - t o — F a i l u r e ( a ) 7 0 0 i l . i l l l T = 4 5 5 ° C “ 6 5 0 . - ~ g f 0 T r - 6 4 — 1 B a s - c a s t - 1 l T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d g 6 0 0 r s l a 5 5 0 l I . - 1 3 : 3 1 , 5 0 0 i I I . . _ ) a g | < 4 5 0 l 0 I l - , — E g 4 0 0 i f o n l — ) — ' i g 3 5 0 I r 0 0 0 — ) — 3 0 0 . 4 5 ‘ 6 i 7 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 C y c l e s - t o F a i l u r e ( b ) F i g u r e 4 . 3 9 . M a x i m u m a p p l i e d s t r e s s v e r s u s c y c l e s t o f a i l u r e c u r v e s f o r t h e ( a ) P M 1 7 6 F o r t h e f a t i g u e s a m p l e s w h i c h f r a c t u r e d , s t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s d u r i n g d e fi n e d f a t i g u e c y c l e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 4 0 . N o P M s a m p l e s e x h i b i t e d a n E v a l u e r e d u c t i o n d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s , w h i c h s u g g e s t e d t h a t l i t t l e f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d . S e l e c t e d f a t i g u e r u n o u t s a m p l e s w e r e t e n s i l e t e s t e d a t 4 5 5 ° C , s e e T a b l e 4 . 1 4 . C o m p a r i n g t h e s e r e s u l t s t o t h o s e i n T a b l e 4 . 1 0 , i t i s e v i d e n t t h a t t h e r e w a s n o s t r e n g t h l o s s d u e t o f a t i g u e . T h i s c o n fi r m s t h a t l i t t l e f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d t o t h e s a m p l e s t h a t e x p e r i e n c e d r u n o u t . T h e s h i fi o f t h e h y s t e r e s i s w i t h i n c r e a s i n g c y c l e n u m b e r i n d i c a t e s c r e e p o c c u r r e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s . T h i s i n c r e a s e d c r e e p i s r e a s o n a b l e b a s e d o n t h e 4 5 5 ° C c r e e p b e h a v i o r o f t h e s e a l l o y s , a s w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r . N o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - f a t i g u e g a g e s e c t i o n s f o r a n y o f t h e s a m p l e s t e s t e d e v e n a f t e r m o r e t h a n 1 . 7 m i l l i o n c y c l e s c f f a t i g u e e x p o s u r e a t 4 5 5 ° C . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , o r , a n d [ 3 p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . 1 7 7 5 0 0 N r = 1 8 1 9 1 1 6 | c y c l a s 7 1 1 s z l P a , , 1 1 - 6 4 — 1 8 fl t / , v ‘ P M r o l l e d / ) I ’ ' i 4 0 0 i ' " 1 l 1 1 2 7 G P a / G U / a s 3 0 0 / g T M 5 5 ° C / fi / 1 1 2 2 G P a 2 ' 5 2 0 0 % . 1 C y c l e # 1 I i / A ' J ' W F 1 0 0 i + - 1 0 0 0 1 0 0 l , + 1 0 0 0 0 0 ' ‘ 5 v + 1 W 0 1 1 1 2 . 3 G P a 1 1 2 . 7 G P a . 7 F 5 0 0 0 0 0 } 0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 T o t a l s t r a i n , r r m / m n ( a ) 7 0 0 , [ 4 5 1 4 6 1 3 3 c y c l e s 1 1 0 . 4 G P a 6 0 0 L T I - 6 4 ~ 1 B . a [ « ' — ‘ P M e x t m d e d ' ' g ‘ 1 0 8 . 9 G P a 5 4 0 0 — - w - 3 T W O 1 1 0 . 5 G P a £ 3 0 0 — . . ° ‘ ' C y c l e # 1 ( I ) i , I ‘ + 1 0 0 2 0 ° " ' ' + 1 0 0 0 “ + 1 0 0 0 0 ‘ 1 0 0 . - . + 1 0 0 0 0 0 - « , . 4 4 0 0 0 0 ‘ 1 0 9 3 1 » ; 1 0 8 . 5 6 % 0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 T o t a l s t r a i n , n ' m i m n ( b ) F i g u r e 4 . 4 0 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t t h e m a r k e d c y c l e n u m b e r s f o r t h e s t u d i e d a l l o y s a t 4 5 5 ° C . ( a ) P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B , a n d ( b ) P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B . T h e s l o p e o f e a c h c u r v e i s i n d i c a t e d b y t h e l i s t e d Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e . 1 7 8 T a b l e 4 . 1 4 . A v e r a g e 4 5 5 ° C T e n s i l e P r o p e r t i e s o f t h e R u n o u t P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - l B A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E , G P a Y S , M P a U T S , M P a 3 1 . 9 % T i - 6 4 - l B P M r o l l e d 1 0 4 5 6 5 7 1 8 9 . 5 T i - 6 4 - I B P M e x t r u d e d 1 1 5 l 7 1 6 8 3 6 8 . 7 1 . 2 . 2 F r a c t u r e A n a l y s i s F o r t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s , T i B - p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t w i t h i n t h e d e f o r m e d g a g e s e c t i o n s , s e e F i g u r e 4 . 4 1 . S i m i l a r t o t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e f r a c t u r e i n i t i a t i o n s i t e s o f t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 — 1 B a l l o y s w e r e t y p i c a l l y l o c a t e d a t s u r f a c e l o c a t i o n s . F o r o n e o f t h e P M r o l l e d s a m p l e s , t h e c r a c k i n i t i a t e d w i t h i n t w o T i B w h i s k e r s c l o s e t o t h e s a m p l e s u r f a c e ( F i g u r e 4 . 4 2 a ) . T h e d i r e c t i o n o f t h e s e t w o T i B w h i s k e r s w a s p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . C r a c k s i n i t i a t e d f r o m T i B w h i s k e r s p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g d i r e c t i o n w a s a l s o o b s e r v e d d u r i n g t h e i n - s i t u f a t i g u e t e s t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B a l l o y . F i g u r e 4 . 4 2 b i l l u s t r a t e s t h e o v e r l o a d r e g i o n o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B s a m p l e f r a c t u r e s u r f a c e w h i c h c o n t a i n e d d u c t i l e d i m p l e s . F i g u r e 4 . 4 3 i s t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e o f a P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B s a m p l e . M o s t o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s a n d t h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e w a s d i f f i c u l t t o l o c a t e . 1 7 9 F i g u r e 4 . 4 1 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s t a k e n f r o m s u b s u r f a c e s e c t i o n s c l o s e t o t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e o f a ( a ) ( b ) T i - 6 4 - l B P M r o l l e d s a m p l e ( N 5 2 6 6 , 6 3 8 c y c l e s , G m a x = 5 5 0 M P a ) . ( 0 ) ( d ) T i - 6 4 - l B P M e x t r u d e d s a m p l e ( N F I 6 Z , 6 2 8 c y c l e s , G m a x = 6 5 0 M P a ) . T i B c r a c k i n g i s e v i d e n t . 1 8 0 1 8 1 S w a n 9 . : 3 8 9 6 0 3 E N ~ I . 1 . - . . # 1 ‘ 3 ) I ; ‘ . : , . i . ' 7 ; C r a c k i n i t i a t i o n s i t e . F i g u r e 4 . 4 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d s p e c i m e n ( N f = 2 6 6 , 6 3 8 c y c l e s , G m a x = 5 5 0 M P a ) . T h e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d w i t h a r r o w s i n ( a ) . T h e o v e r l o a d r e g i o n i n ( b ) e x h i b i t e d d u c t i l e d i m p l e s . 1 8 3 P i d M a m m i e , e x s t r a . g p e l u n d d e d ( b ) s p h e i c g i h m - e n m a g n ( i N fi f c = a 1 t 6 i 6 2 o , n 2 i 8 m a c g y e l c . e M s , o s o t m a x o f = t 5 6 h e 0 f M r a c P t a u ) r . e ( r a f ) a L e c s u o w c o - n m t a a g i n n i e fi d c d a u t c i t o l i n e a s ) F i g u r e 4 . 4 3 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a T i - 6 4 - 1 B 1 8 4 0 4 5 5 3 3 2 m e N 1 1 d X g ms 3 E < g w 5 4 0 } i h 5 0 5 5 5 u 0 0 0 0 0 0 9 0 m — 0 r e r — — - — _ 0 a u , m 2 2 2 0 2 e o 0 _ 4 4 4 4 4 s m n Z 2 z 2 _ 0 . s e 0 n S $ s 8 V , — y I o ) . 0 0 1 - - - — . . B _ e s r a s r B B s 1 4 u e 1 1 0 c a m o o I x o T T T T i i i i - - - - — ‘ 1 6 6 6 6 1 l u i t e d s p s e t c r i 0 p n _ p o I _ _ _ . 5 I 1 c r l k e e - s d i t w o - 1 f t a h I 5 1 _ l 0 a T . u n “ 1 1 ° = 4 5 5 ° C _ - _ 1 4 — e 1 s 0 7 f — r w v . u o o r t h e a s - c a s t T i - . . . ) 2 3 — ) a — e a r L 3 r ) — c r F 6 i 2 g 4 u r Z e S - 4 x . 4 4 B . a l l M o y a s x 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m 2 . 1 F a t i g u e B e h a v i o r ( 4 5 5 ° C ) F a t i g u e S - N c u r v e s f o r e a c h T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 4 4 . F o r t h e m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s l e v e l s o f 3 5 0 M P a , 4 0 0 M P a , a n d 4 5 0 M P a , t h e T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B a n d T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B a l l o y s e x h i b i t e d l o n g e r a v e r a g e N f v a l u e s t h a n T i - 6 2 4 2 S - 1 B a n d T i - 6 2 4 2 S a l l o y s . T h u s s m a l l B c o n t e n t s o f l e s s t h a n 1 w t % w e r e b e n e fi c i a l t o t h e f a t i g u e l i f e . T h e T i - 6 2 4 Z S - I B a l l o y e x h i b i t e d t h e l o w e s t a v e r a g e N f v a l u e s a t a n y g i v e n s t r e s s l e v e l . T h e T i - 6 2 4 Z S a n d T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y s e x h i b i t e d s i m i l a r a v e r a g e N f v a l u e s c o m p a r e d t o t h o s e f o r t h e T i - 6 4 a n d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s ( F i g u r e 4 . 2 6 a ) , r e s p e c t i v e l y . H o w e v e r t h e T i - 6 2 4 2 S - 0 . I B a l l o y e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y l o n g e r a v e r a g e N f v a l u e s t h a n t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y . C y c l e s - t o - F a i l u r e 1 8 5 S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s o f s e l e c t e d T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s a m p l e s d u r i n g d e fi n e d f a t i g u e c y c l e s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 4 5 . T y p i c a l l y t h e r e w a s n o t a s h a r p E v a l u e d e c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g c y c l e u n t i l t h e l a s t f e w t h o u s a n d c y c l e s o f t h e f a t i g u e l i f e . F o r a l l o f t h e r u n o u t s a m p l e s , a n E v a l u e d e c r e a s e d u r i n g t h e e x p e r i m e n t w a s n o t o b s e r v e d . N o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - f a t i g u e g a g e s e c t i o n s f o r a n y o f t h e s a m p l e s t e s t e d e v e n a f t e r m o r e 1 . 4 m i l l i o n c y c l e s o f f a t i g u e e x p o s u r e a t 4 5 5 ° C . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , a , a n d [ 3 p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . 1 8 6 s § S r t s s e s a a w P M § s s e r 3 t S . _ 8 9 1 m 7 T 1 “ “ " 1 — 0 1 1 - 6 2 4 2 8 4 0 0 s z n m c y c l e s I ! O . 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L A 1 O 0 . @ 1 0 . @ 2 0 . @ 3 0 . @ 4 0 . @ 5 0 . @ 6 T d a l 0 s t r a i n , r m v m n ( b ) . 1 C y c l e # E + 1 0 0 , 1 0 5 A G P a + 1 @ 0 , 1 0 4 . 9 6 % + 1 m , 1 @ . 2 @ a 7 1 L _ L L L A _ L 0 . 0 0 1 0 . 0 0 2 0 . 0 0 3 0 . 0 0 4 T o t a l s t r a i n , m n l m m ( d ) F i g u r e 4 . 4 5 . S t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t i n d i c a t e d c y c l e s f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C . 1 8 7 2 . 2 F r a c t u r e A n a l y s i s F o r t h e B - c o n t a i n i n g a l l o y s , T i B - p h a s e c r a c k i n g w a s e v i d e n t w i t h i n t h e d e f o r m e d g a g e s e c t i o n s , s e e F i g u r e s 4 . 4 6 b , c a n d d . T h i s b e h a v i o r w a s s i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 - x B s y s t e m ( F i g u r e s 4 . 2 8 a n d 4 . 4 1 ) . C r a c k i n g w i t h i n t h e T i B p h a s e e v e n t u a l l y l e d t o c r a c k i n g i n t h e 0 1 + B p h a s e m a t r i x , s e e F i g u r e 4 . 4 6 b . T h e o r - p h a s e e x h i b i t e d a s i g n i fi c a n t a m o u n t o f c r a c k i n g , s e e F i g u r e 4 . 4 6 a , w h i l e c r a c k s w e r e o n l y r a r e l y o b s e r v e d w i t h i n t h e fi n e [ 3 p h a s e . F o r e a c h a l l o y , c r a c k s w e r e o b s e r v e d a l o n g t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s a n d g r e w p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . T h u s t h e e n v i r o n m e n t a f f e c t e d t h e f a t i g u e p e r f o r m a n c e a n d i t i s f e l t t h a t t h e a - c a s e o n t h e s u r f a c e , d u e t o t h e o x i d a t i o n , a s s i s t e d t h i s s u r f a c e c r a c k i n g , s e e F i g u r e 4 . 4 7 . S i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i — 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , f r a c t u r e i n i t i a t i o n s i t e s w e r e t y p i c a l l y l o c a t e d a t s u r f a c e l o c a t i o n s , s e e F i g u r e 4 . 4 8 . I n s o m e c a s e s , m u l t i p l e s u r f a c e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s w e r e e v i d e n t . F i g u r e 4 . 4 9 c l e a r l y s h o w s f a t i g u e s t r i a t i o n s i n t h e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n o f a n a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S s a m p l e . F o r t h e T i - 6 2 4 2 8 - 1 B a l l o y i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 4 8 b , f a t i g u e c r a c k p r o p a g a t i o n w a s q u i t e r a p i d , a s w i l l b e d i s c u s s e d i n t h e n e x t s e c t i o n i n v o l v i n g t h e f a t i g u e c r a c k g r o w t h b e h a v i o r . T h u s , o n c e f a t i g u e c r a c k i n i t i a t i o n w a s a c h i e v e d , t h e T i - 6 2 4 2 - I B a l l o y ’ s f a t i g u e l i f e w a s a l m o s t o v e r . T h e f a t i g u e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n w i t h i n t h e T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B a n d T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B a l l o y s w a s t o r t u o u s a n d d u c t i l e d i m p l i n g w a s e v i d e n t i n t h e o v e r l o a d r e g i o n s , s e e F i g u r e s 4 . 5 0 b a n d c . 1 8 8 l c C t ' r r h i g a e a c u c r k e i k r a n i r 4 g n o . g w 6 w w 4 s i i . ( P o s n n t ) ( c t t h f e - h e a a T n d t i g u u i B - ( p - d e h p ) . t t b h h ) i i . B s a S E e s e S t a E s h s a l w a h M e w x a h p i s h b m i o t o e t x e h d i i f b c o i r t r o e t g h d r e h a a p s s i n o d f i B - m o d i c l c d a a i s t e - d e a a s l b t l y o T y i t s - h 6 n e i 2 4 Z a a r s S i r - x o n w d s i B c a t n i l e a l d o ( y a b ) s y . 1 8 9 [ l ‘ 3 1 . x ‘ 1 . , H ; L . . 2 0 g m ( b ) T i - 6 2 4 2 8 — 0 . 1 B , N f = 7 8 , 4 0 4 c y c l e s , G m a x = 5 0 0 M P a 1 9 0 F i g u r e 4 . 4 6 ( c o n t i n u e d ) ( 0 ) T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B , N F 1 , 1 5 8 , 7 9 4 c y c l e s , C m a x = 4 5 0 M P a 1 / ( I / , ‘ f t ' L o w H 1 9 1 F i g u r e 4 . 4 7 . P o s t - f a t i g u e B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e e d g e s f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . o r - c a s e f o r m e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t d u e t o o x i d a t i o n a n d s e c o n d a r y c r a c k s w e r e e v i d e n t i n t h e a - c a s e . 1 9 2 ( , N f = 2 0 § 3 1 c y c l e s , G m a x = 4 . 3 . w . ” . . . n ~ y : i . . . . . E M . ‘ . . \ \ Q 1 . E , N f = 7 8 , 4 0 4 c y c l e s , G m a x = 1 9 3 a ) T i ( b ) T i - 6 2 4 2 8 - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B 5 0 M P a 5 0 0 M P a I ; F i g u r e 4 . 4 7 ( c o n t i n u e d ) , 9 7 4 \ . . n g , . o ( d ) T i 3 , . 5 - - 4 - L \ — V 1 . ? i ; 5 : ‘ 1 3 1 . » ~ 1 / - “ - _ : J ' , : 6 2 4 Z S - 1 B , N f = 1 4 , 8 9 4 c y c l e s , G m a x = 4 0 0 M P a I . . ( c ) T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B , N f = < 2 2 / Z ' ’ ’ 5 1 , _ _ ’ < \ “ ‘ _ - . _ ‘ _ 1 9 4 ( b ) T i - 6 2 4 Z S - 1 B , N f = 1 9 , 8 9 4 c y c l e s , O ' m a x = 3 5 0 M P a F i g u r e 4 . 4 8 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r ( a ) a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - O . I B s a m p l e , a n d ( b ) a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - I B s a m p l e . T h e f a t i g u e c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s a r e i n d i c a t e d b y t h e a r r o w s . 1 9 5 F i g u r e 4 . 4 9 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f ( a ) ( b ) t h e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a n a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 s a m p l e w h i c h f a i l e d a fi e r 3 7 , 6 0 7 c y c l e s a t a m a x i m u m s t r e s s o f 3 5 0 M P a . F a t i g u e s t r i a t i o n s a r e s h o w n i n t h e c r a c k p r o p a g a t i o n r e g i o n . 1 9 6 F i g u r e 4 . 5 0 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e f o r a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - X B a l l o y s . 1 9 7 ( a ) T i - 6 2 4 Z S , N f = 3 7 , 6 0 7 c y c l e s , C m a ¥ = 3 5 0 M P a J 0 ' . 1 - v ' . - 1 9 8 F i g u r e 4 . 5 0 ( c o n t i n u e d ) , i . 6 - ( c ) T . 2 T 2 4 Z S - 0 . 4 B , 5 2 4 , 2 2 . 7 . 5 c y c l . e . s , O m a x = 5 0 0 M _ _ , - . P . a L 4 Z ; S ( d ) T i - 6 2 - I B , N F 1 9 _ , 8 * 9 , 4 c y c l e s , G . m « a ‘ x . = ' 3 r 5 0 M P a ' » A _ . a ' x t - " 1 9 9 S n e l t r e s c s i g e F t e d f a s u v u e r r e t s i g u e s t r a i 4 . 2 1 , u n p r i n t o u t o t l i s s e s a a r m e v i d e p i n l l t e l s u w r a e a t r t e e l d i t t n l i t s t t h e n s i F i l g e u e f a t t t e h n o s i l e s s e i t e r i e g s 4 t . e 5 u e d 1 d a t . a C a m 4 o g 5 m e 5 p ° a C r o c e e p s a n i c n u g r d r r h d t e r e d e u r s r e e i s n n t a t i u l t s g t v t h e o e s s M P a t S , e r e x p e r i m e n t s . O T i - 6 2 4 Z S I T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B O T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 4 B Z T i - 6 2 4 2 8 - 1 B 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 S t r a i n , % F i g u r e 4 . 5 1 . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t o f a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s w h i c h h a v e b e e n s u b j e c t e d t o f a t i g u e t e s t i n g a t 4 5 5 ° C a t t h e s t r e s s l e v e l s i n d i c a t e d i n p a r e n t h e s i s a n d d i d n o t f a i l a f t e r m o r e t h a n o n e m i l l i o n c y c l e s : T i - 6 2 4 Z S ( 4 0 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 1 B ( 4 0 0 M P a , 1 . 4 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B ( 3 0 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) , T i - 6 2 4 Z S - I B ( 3 5 0 M P a , 1 . 3 m i l l i o n c y c l e s ) . C o m p a r i n g t h i s t o F i g u r e 4 . 2 1 s u g g e s t s t h a t t h e r e w a s n o f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d d u r i n g t h e e x p e r i m e n t s . 2 0 0 o b s e r v e d i n p r e v i o u s f a t i g u e c r a c k g r o w t h s t u d i e s o f t h e T i - 6 2 4 Z S a l l o y [ S a n s o z ( 2 0 0 3 ) ] . 2 . 3 F a t i g u e C r a c k G r o w t h B e h a v i o r T h e i n - s i t u f a t i g u e c r a c k g r o w t h e x p e r i m e n t p e r f o r m e d o n t h e T i - 6 2 4 Z S - 1 B a l l o y i n d i c a t e d t h a t o n c e t h e f a t i g u e c r a c k s t a r t e d f r o m t h e n o t c h e d r e g i o n , i t g r e w r a p i d l y . I n f a c t , t h e c r a c k g r e w t o fi n a l f r a c t u r e o f t h e s p e c i m e n w i t h i n t h e s a m e c y c l e t h a t i t w a s o b s e r v e d , s e e F i g u r e 4 . 5 2 a a n d b . T h i s s u g g e s t s t h a t t h i s a l l o y e x h i b i t s p o o r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e . T h e i n - s i t u f a t i g u e c r a c k g r o w t h e x p e r i m e n t p e r f o r m e d o n t h e T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B a l l o y i n d i c a t e d t h a t t h i s a l l o y w a s m o r e t o l e r a n t t o f a t i g u e c r a c k i n g t h a n t h e T i - 6 2 4 2 8 - 1 B a l l o y . F i g u r e 4 . 5 3 a — h i l l u s t r a t e s i m a g e s o f t h e s u r f a c e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n o f t h e n o t c h e d T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B s p e c i m e n . I n t h i s c a s e t h e c r a c k s i n i t i a l l y f o r m e d i n t h e T i B w h i s k e r s a n d T i B / T i - 6 2 4 2 S i n t e r f a c e a h e a d o f t h e n o t c h . S l i p w a s t h e n o b s e r v e d i n t h e ( i t - p h a s e s u r r o u n d i n g t h e c r a c k e d T i B p h a s e f o l l o w e d b y o r - p h a s e c r a c k i n g . T h e s u r f a c e s l i p b e h a v i o r n o t e d i n t h e T i - 6 2 4 Z S - O . 4 B a l l o y w a s s i m i l a r t o t h a t 2 0 1 T 3 k “ ' 9 u - 7 1 - i ; B A . . c r r N ' . a , . c \ ” k ? i n g fi ' ' . ' ” ‘ 2 7 ’ 1 . l U ’ . . “ ’ ~ _ " , " . ~ $ 3 5 “ " ‘ ” . ’ ; p I f : , r ' T ” 1 ' - * A 0 ‘ ' ‘ f ‘ / \ / ‘ i . i x i ; " c ' 1 ‘ . ' " r - " 1 1 t r i M ’ U a s a c k n i O g , . ' . . — H , 4 ' I ' h { ‘ 5 ' ( a ) F i g u r e 4 . 5 2 . S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s f o r a n o t c h e d T i - 6 2 4 2 8 - 1 8 s a m p l e f a t i g u e t e s t e d a t a m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s o f 3 5 0 M P a . ( a ) 2 0 3 c y c l e , a n d ( b ) p o s t f a i l u r e . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l 1 n t h e i m a g e s . 2 0 2 F i g u r e 4 . 5 3 . ( a ) - ( h ) S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s f o r a n o t c h e d T i - 6 2 4 2 8 - O . 4 B s a m p l e f a t i g u e t e s t e d a t a m a x i m u m s t r e s s o f 4 0 0 M P a . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . C r a c k i n g a h e a d o f t h e n o t c h t i p w a s e v i d e n t a n d a s t h e T i B / M a t r i x i n t e r f a c e c r a c k j o i n e d t h e n o t c h t h e s a m p l e b r o k e b e f o r e r e a c h i n g t h e 4 6 t h c y c l e . 2 0 3 T B m . . . a l U e " . \ T i B c r a c k i n g i n t e r f a c e c r a c k ( b ) 1 0 c y c l e 2 0 4 F i g u r e 4 . 5 3 ( c o n t i n u e d ) T i B / M a t r i x , i n t e r f a c e c r a c k . 1 . , - f 1 . ' l , . . . ’ - ‘ I ‘ 1 ' l - ' l 1 I ‘ . . , , 1 \ , ! / K ’ ‘ - ' . y I , ' . / / / I ( C ) 2 0 1 h c y c l e T i B / M a t r i x I n t e r f a c e c r a c k / ( d ) 4 1 “ t c y c l e 2 0 5 F i g u r e 4 . 5 3 ( c o n t i n u e d ) . 4 “ , ( 1 ) 4 3 c y c l e 2 0 6 ‘ / . ” w - . " W m I " ' 4 . 5 V I : " _ I n B t T I . x / e M r a f t a r c l e c r a c k ‘ ; 5 8 ’ , , ‘ “ ! » ' ' F i g u r e 4 . 5 3 ( c o n t i n u e d ) 2 1 - — T i B c r a c k i n g ‘ 6 7 0 " T ‘ _ . \ ' i \ J ‘ - T i B / M a t r i x _ . I n t e r f a c e c r a c k i s . 2 0 7 D . C r e e p B e h a v i o r R e s u l t s 1 . T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s 1 . 1 . 1 C r e e p P r o p e r t i e s C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 4 . T h e c r e e p b e h a v i o r r e s e m b l e d t h a t o f p u r e m e t a l s e x h i b i t i n g p r i m a r y , s e c o n d a r y , a n d t e r t i a r y s t a g e s [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 8 5 ) , H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . F o r t h e a s - c a s t a l l o y s , g r e a t e r B c o n c e n t r a t i o n s r e s u l t e d i n s i g n i fi c a n t l y l o w e r c r e e p s t r a i n s a n d s t r a i n r a t e s i n b o t h t h e p r i m a r y a n d t h e s e c o n d a r y r e g i m e s . G r e a t e r B c o n t e n t s a l s o i n c r e a s e d t h e c r e e p - r u p t u r e t i m e s . I n g e n e r a l , t h e a s - c a s t T i — 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a r o u n d a n o r d e r o f m a g n i t u d e l o w e r m i n i m u m s t r a i n r a t e t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y f o r a g i v e n a p p l i e d s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s ( n ) , w h i c h w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e m i n i m u m c r e e p r a t e v e r s u s s t r e s s p l o t s s h o w n i n F i g u r e 4 . 5 5 a , w e r e g r e a t e r t h a n 8 . T h e a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 7 5 - 3 9 5 k J / m o l a t 6 : 4 5 0 M P a ( s e e F i g u r e 4 . 5 6 a ) . 2 0 8 F a a ( g d l n i l F u o 4 r 5 y e 0 p ; a s 4 p . l a M 5 i t P . d T 4 e a = : C s ( 4 t 5 e r r 5 ) e e s a ° e p s C s s l , - c a t e r v 0 s a e : t i l n s 4 ( v 0 . 0 f ) a e c r t a s s M u P T t s = 3 - i 5 t 4 : m 5 ( a n d - e 0 C ) e C x c u r v 6 , a t s r - u c d s a a : t s u t d - i ( a e a n ) d d a a l s l - o c y a - e x t r s s u t d a e t ( d v b a ) a r i c o a u s l l o y s s t ; - m d t a a e n t p - T e e = r x 4 a t t r u u 0 0 r d ° e e C s , d e s : a e 4 s d t o 5 a f 0 l ( t h e M y P c s . d l ) o 3 % , n i a r t S p e e A r C 2 ' 0 1 — ' 5 , 4 ° \ 5 3 1 1 2 ‘ . E 1 3 2 o 1 1 1 . l a 0 1 - 1 s . 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T h e n v a l u e s w e r e g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 4 . 8 a t 4 0 0 ° C , ( s e e F i g u r e 4 . 5 5 b ) a n d t h e Q a p p v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 8 7 - 3 0 1 k J / m o l a t o = 6 0 0 M P 3 f o r t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 4 0 0 - 4 5 5 ° C ( s e e F i g u r e 4 . 5 6 b ) . F o r b o t h m i c r o s t r u c t u r e s o f t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , n o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - c r e e p g a g e s e c t i o n s e v e n a f t e r m o r e t h a n 8 6 5 h o u r s o f c r e e p e x p o s u r e a t 4 0 0 ° C . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , a , a n d [ 3 p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . 2 1 3 w “ 2 3 - F a . 2 $ 1 E : I E " 0 ' . 2 , 2 + T T T i i i - - - 6 4 6 6 4 4 - - a 0 1 - 1 . s B c B a a s s a - t s c - a c s . 7 1 ° 1 0 1 1 0 ' 9 1 7 0 ' ' 0 0 1 T = 4 0 0 ° C n = S t s , r ( e a s ) a t n 1 M s t = 4 3 . P a 1‘ . 1 j f. 3 / 1 / / ' 1 [ - . 3 5 5 . 2 . . y n — 8 . 7 1 0 0 0 7 0 o ' n Q ‘ : 1 “ ) 5 ’ e r C m u fl - 8 1 0 1 1 o ' « r o f i n i M F 6 v d i 4 a e g - r t u 0 e i r . r t a e I m i 4 . 5 B i o , n n e 5 a o d . n f d M m f r o i i T m n i n i - i t h 6 m m e 4 u s u - m 1 B c c e ) e r r e e a s ( t p a p a s r r a e t - s a 8 t w ( s e c t a e h o w r i n i n n h a t m . s c a ) d s v t e r ( r b e ) s s s u . s n s s t t T - r h e s a e ( - ) a e r e x e d c t p p l r o u t d s t a t e r d e s a T s = l 4 l e 0 y p o x 0 s o ° n C i e o u r s f l t l n r T n a i ) t ( - 6 4 , t i n v g a T t i h e - e s l u m e p l o 1 0 ‘ T = 4 0 0 ° C - 0 * T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 ' — T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 — ' — T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 1 0 ' 1 0 1 0 0 1 0 0 0 S t r e s s , M P a ( b ) 2 1 4 1 r e 3 e v R e . e 6 r ( p e b 1 s p c t c i u s ) r a 3 . r o r s a e a i 8 e w c t - c i l p r a t n h 1 4 o o f T e c a l d - t e e x m t p 1 m o ( r e b r u 4 p . e 2 r 1 t 4 u . r a ) f d a e r l l o d t u e r e t m e a p . 4 e a Q y , t s a u p 4 e a t 1 1 r p . 6 T I f o v a / l 4 ) 4 1 1 8 . x K 1 0 o = r u 6 e t 0 s h 0 e d ( M t P a e e 1 5 a s a r m i n - i c l e l a d s u s t f t r r o n a a o l t l i m y s g t t e h s h a t e e F 0 v p i : a l r o g u r 4 t i 5 a s e 0 a t i o r e M 4 n . P 5 o s h 6 . a f o n d L n n a i n . m w 6 f ' o i m u r m m i n t c h 4 2 5 0 4 0 0 ° ' 1 4 ‘ 0 ' T i - 6 4 a s - c a s t F T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t - 1 5 . + T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t h - 1 6 \ . E - 1 7 E 0 0 5 - 1 8 - 1 9 - 2 0 - 1 1 3 . 6 1 3 . 8 1 4 1 4 . 2 1 4 . 4 1 4 . 6 1 4 . 8 1 5 R e c i p r o c a l o f T e m p e r a t u r e , 1 I T I K ' 1 x 1 0 4 ( a ) - 1 3 1 l 4 2 C ° C 1 \ . . T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d ' 1 4 “ 5 5 ° C ~ I — T 1 - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d - 7 . — T 1 - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d - 1 5 [ 3 - 1 6 0 . . E I \ 3 0 1 k J / m o l ( D E - 1 7 I 2 9 0 k J / m o l - 1 8 - 1 9 ° = 6 ° ° ~ P a 2 8 7 k J / m o l ‘ \ . 2 0 ' 2 1 5 D e f o r m a t i o n o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e d t h a t e x t e n s i v e T i B w h i s k e r c r a c k i n g w a s e v i d e n t , a n d t h e e x t e n t o f t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n . B S E S E M i m a g e s t a k e n f r o m p o l i s h e d g a g e s e c t i o n s o f t h e d e f o r m e d c r e e p s p e c i m e n s ( s e e F i g u r e s 4 . 5 7 a n d 4 . 5 8 ) i n d i c a t e d t h e e x t e n t o f t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g w i t h i n t h e b u l k o f t h e m a t e r i a l . C r a c k i n g w a s a l s o o b s e r v e d w i t h i n t h e a p h a s e a n d a t t h e i n t e r f a c e s b e t w e e n t h e a a n d B p h a s e s ( s e e F i g u r e 4 . 5 9 ) . I n a d d i t i o n e n v i r o n m e n t a l l y - a s s i s t e d c r a c k i n g w a s e v i d e n t a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s , w h e r e a n a - c a s e l a y e r h a d d e v e l o p e d d u e t o o x i d a t i o n a t t h e s u r f a c e ( s e e F i g u r e 4 . 6 0 a a n d b ) . S u c h c r a c k i n g o c c u r r e d p r e f e r e n t i a l l y a l o n g t h e a - c a s e l a y e r a t t h e s u r f a c e , w h i c h w a s f o r m e d d u e t o o x i d a t i o n . 2 1 6 r . - ~ * 5 . ‘ n u n . . . " " ' " " _ . " . . _ . " = ‘ " - \ ' . ' ' - - " " n . — , M ‘ fi 0 ~ ~ ~ 2 0 m ~ - - _ ( a ) ‘ - ‘ a — a - o t ‘ \ , 2 0 u m ( b ) F i g u r e 4 . 5 7 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) a T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a c r e e p s t r a i n o f 1 . 5 % a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / 0 : 4 0 0 M P a , a n d ( b ) a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a c r e e p s t r a i n o f 2 . 8 % a fi e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / 6 : 4 0 0 M P a . T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . 2 1 7 " J 1 r ' v y v - p ‘ n v . . 1 0 u m F i g u r e 4 . 5 8 . H i g h - m a g n i fi c a t i o n B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n o f a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 5 . 2 % c r e e p s t r a i n a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 0 0 ° C / o = 4 5 0 - 6 O O M P a t h e n T = 4 2 5 ° C a n d T = 4 5 5 ° C . T i B w h i s k e r c r a c k i n g w a s e v i d e n t . 2 1 8 ' . \ ‘ - F , § \ i \ . . v . K . ‘ 1 * ’ 5 ‘ \ 1 ‘ \ w \ 1 \ 2 \ ~ 6 g ' ' “ f , . . I f ‘ ‘ - : ‘ 7 1 v : . . . x I , 1 i i ) . : 9 : 7 " ' k - 0 l i 1 % ; 1 I h l ‘ 1 i 1 : : ( a ) 1 1 1 1 1 ~ ‘ : ‘ ~ 1 2 1 ‘ F i g u r e 4 . 5 9 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n i n d i c a t i n g c r a c k i n g i n t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e f o r c r e e p s a m p l e s t e s t e d a t T = 4 5 5 ° C l c = 4 0 0 M P a ( a ) a T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 3 . 8 % c r e e p s t r a i n a n d ( b ) a T i - 6 4 a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 3 . 5 % c r e e p s t r a i n . T h e c r a c k s a r e i d e n t i fi e d b y t h e i r d a r k b l a c k c o l o r . 2 1 9 1 0 u m F i g u r e 4 . 6 0 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s i n d i c a t i n g e n v i r o n m e n t a l l y - a f f e c t e d s e c o n d a r y c r a c k s a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s f o r ( a ) a T i - 6 4 a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 6 . 0 % c r e e p s t r a i n a f t e r a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / c = 4 0 0 M P a , a n d f o r ( b ) a T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t a l l o y , w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 5 . 8 % c r e e p s t r a i n a f t e r a c r e e p t e s t a t T = 4 0 0 ° C / c r = 4 5 0 - 6 0 0 M P a t h e n T = 4 2 5 ° C a n d T = 4 5 5 ° C . 2 2 0 1 . 1 . 2 I n - s i t u C r e e p B e h a v i o r I n - s i t u c r e e p o b s e r v a t i o n s o f t h e s u r f a c e o f a T i - 6 4 - l B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y i n d i c a t e d t h a t t h e T i B w h i s k e r s c r a c k e d e x t e n s i v e l y ( s e e F i g u r e 4 . 6 1 ) . T h e T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d m i c r o c r a c k s a t l o w d i s p l a c e m e n t l e v e l s ( 5 0 0 u m ) ( T h e d i s p l a c e m e n t d u r i n g t h e i n - s i t u c r e e p e x p e r i m e n t i n c l u d e d t h e d e f o r m a t i o n o f b o t h t h e g a u g e a n d n o n - g a u g e s e c t i o n . T h u s , t h e s t r a i n i n t h e h e a t e d g a g e s e c t i o n f o r t h e i n - s z ' t u e x p e r i m e n t s w a s l i k e l y g r e a t e r t h a n t h a t b a s e d u p o n a u n i f o r m s t r a i n a s s u m p t i o n u s i n g t h e d i s p l a c e m e n t ) . T h e s e m i c r o c r a c k s g r e w i n t o m a c r o c r a c k s a n d m u l t i p l i e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n a n d t i m e . L o c a l i z e d s l i p i n t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e i n i t i a t e d a f t e r t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g b e c a m e e x t e n s i v e . D e f o r m a t i o n c o n t i n u e d v i a l a r g e p l a s t i c i t y i n t h e o c + B m i c r o s t r u c t u r e f o l l o w e d b y v o i d f o r m a t i o n a n d c o a l e s c e n c e a n d c r a c k f o r m a t i o n a t t h e i n t e r f a c e o f t h e o r a n d B p h a s e s a n d w i t h i n t h e i n d i v i d u a l a a n d B p h a s e s , b e f o r e fi n a l d u c t i l e f r a c t u r e . T h e T i B w h i s k e r c r a c k s g r e w p e r p e n d i c u l a r t o t h e l o a d i n g d i r e c t i o n t o c r a c k w i d t h s a s l a r g e a s 3 p m . N o s l i p w a s o b s e r v e d i n t h e T i B w h i s k e r s , a n d t o a s s e s s t h e p o s s i b i l i t y o f s l i p , t h e l e n g t h o f t h e c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w a s s u b t r a c t e d t o d e t e r m i n e i f t h e l e n g t h o f t h e T i B w h i s k e r s w a s t h e s a m e a s t h e i n i t i a l l e n g t h ; t h e r e w a s n o m e a s u r a b l e c h a n g e . T h u s i t w a s c o n c l u d e d t h a t l i t t l e - t o - n o p l a s t i c d e f o r m a t i o n o c c u r r e d i n t h e T i B p h a s e . A l o w e r - m a g n i fi c a t i o n p o s t - t e s t i m a g e o f a n a r e a e n c o m p a s s i n g t h e s a m e a r e a e x h i b i t e d i n F i g u r e 4 . 6 1 i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 6 2 . I n - s i t u c r e e p o b s e r v a t i o n s a l s o i n d i c a t e d t h a t t h e T i B w h i s k e r s c r a c k e d e x t e n s i v e l y f o r t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d — e x t r u d e d a l l o y ( s e e F i g u r e 4 . 6 3 ) a n d t h e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n e v e n t s w e r e s i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y . 2 2 1 F s l e r i i o g t u w u r c r e 4 e e . f p t e l 6 1 . t h e a s n B d t e S d s E i a t d e S T E = o f M 4 5 t h p 5 e h ° o C t / o 6 m : i m a g e i 4 s c 5 r ( 0 a o g ) - r ( M a ) P i p . a h . s T f T o h h e r e l a o c a T r d i e i - e n p g 6 4 - x i l i s B s p d a c a a a c s e s l w t - a n d - e m h e o n r t i s z o a n x r t t e a r l u i d n i e d n d i t c h a t s a e m e i e n p l d m i g a i t n h - e e s . m p l c i t ( a ) K l i n 1 1 1 ! m a t e s 0 . 5 5 3 7 m m 2 2 3 F i g u r e 4 . 6 1 ( c o n t i n u e d ) F i g u r e 4 . 6 1 ( c o n t i n u e d ) . 1 . 2 0 7 m m , 2 ' 1 0 p m ‘ F i g u r e 4 . 6 1 ( c o n t i n u e d ) c . . O ' - 3 " * . 1 " " 2 2 6 F i g u r e 4 . 6 1 ( c o n t i n u e d ) 2 2 7 . ‘ . » , ‘ I 1 _ ‘ 3 : . n , a t . . . . - . 1 - » _ t j . - - , _ a . , ~ . t - ' . ~ . fi e 1 , 4 , : a n ? » : - . ‘ ' e r " F i g u r e 4 . 6 2 . L o w e r - m a g n i fi c a t i o n B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h o f t h e T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d s a m p l e d e p i c t e d i n F i g u r e 4 . 6 1 a f t e r t h e t e s t w a s c o m p l e t e d . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l m t h e i m a g e . 2 2 8 F s l e r i i o g t u r u w e c r 4 e e . 6 p t f e l 3 h t . e a B e S s d E a i t d e S T E f 4 = o s n t d M t 5 p ° 5 h e h C i o , m t a o 0 g m : e h . i s 4 c 5 r ( 0 a o ) g - M ( r , P a D p a . r h f T o e a o e l T r d c a i e i - n e 6 g p 4 - d l i B s p a x i s T h t e c l w a a a c s s - m h a e o n n r d t i - s z e x t r u d a n r t e a l o i n i d i e d n c h t a t s a e e m i d p m l a e n i g e - e i t s n h . D i s p l a c e m e n t : 0 . 0 m m 1 0 I n n ( 3 ) n p l e i i 1 1 1 1 1 1 1 m a g s 2 3 0 F i g u r e 4 . 6 3 ( c o n t i n u e d ) 2 3 1 ( C ) 0 . 6 9 0 9 m m 3 0 ‘ - 2 3 2 F i g u r e 4 . 6 3 ( c o n t i n u e d ) l e a o i 6 n 4 s l a t r h C a 4 i e r u e e e r n 5 - r d t m t e n , a g e e e d l 0 i m p t e s 6 t i a l e - p s W e u h e - 5 P r d y 4 t M h t 4 d a 1 t c e s f ° e l a 5 o r t a t P i e B o s r i s e e a o C u s h h w ( t M . d v r e e 4 e r T e l f / r r e t l a v o ( 0 e s u r F l p y c 1 0 c h p o m o e 0 l i e a b o 9 e e m 1 r e 0 e M g r a b 8 i i p P u d P h a t t m a 5 n r r h T M t u 4 g ) s e a e i s h a r 0 , t t 4 r e i t t - e r 0 i H a a n h . o / a 6 r t r s [ r 4 c H l u r a e E e i e 5 o r o n m e g g s v 5 w w d o l l l l o e i p m n v d m r r e a e p e n i e e ° e y r C fi b s e a t c / r c e s l s T e ° C c d s n s e r t n l n 4 t d - s b l e r r / f o r a h b n e t i 0 h e a T 5 s p e x z h a e , s ) e t d e t B 4 t g i s e b r r i e d l P h r - c e c l 6 o M a M o r P t s e ( r b i - e h t t 4 m P e y e a P o B g 9 i x a n ( n h n 1 a e M w i i p 1 w s 6 e e s r M t t x t ) e r a h n h a u ] t s r l i e 9 n t s a t o c p i r n s n u l d y p r T d l s g i h i e a T i d n d n n i i r u r i m e e i i p o n i e e F m e i n a s s e u y s 4 e t - n 0 o . b T t i a - r d d 3 g r P 6 o i 4 h y r , M d 6 h - r t t 0 6 c e 4 s r B n s - y y a t a T - l t i y t r t s B i g T o h e n 4 l l p a , o u - o e ) e i e c a l d B r . r 6 o - l l e y p a t s t r 4 . d 6 n 4 o . r o t d a h e l e s e g m r i o a l P ( i e o m h C i 6 , r T e c t w e e m M l a n t F a n l e r a h e e a - e r r a 4 e r e c y p e u b i x t l 4 a h t 0 e e t d . r a t l o F l o y c n i t s d B e a i t i u d d g e l p r n r s r a t n y o g u a t o e i r g i t t y 4 g e p i d l t r r t e e d l h e s e c e r o w e w e r d b i e f h a s e . n h c e r 6 i m h T e e p r i t y x 4 i fi e h a t c t r - o e c e a i t t e a v t b n . i r e d t g 4 f n p r r i P - i a i g t l h e a A a m 1 o e e r y n r M t s i a ) e w h e 6 t r s d y e y . a t e B 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s 1 . 2 . 1 C r e e p P r o p e r t i e s i n t h e s t e a d y - s t a t e c r e e p r e g i m e . 2 3 3 % A , n i a r t w S p e e N r C T = 4 5 5 ° C I 4 0 0 | V P a 0 | + T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d + T I - 6 4 - 1 B P M r o l l e d — l T i m e , h r s ( a ) ( b ) 0 . 5 ! l l l l I F ‘ T = 4 0 0 ° C / 4 5 0 M P a I 0 . 4 , , : \ ; ‘ ‘ ‘ . . E 0 . 3 ‘ 2 a 1 3 0 . 2 , ( 2 0 0 1 , ‘ 1 ' 1 1 - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d ‘ J o — . _ 1 _ _ _ ; _ 1 _ _ 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 T i m e ( h r s ) ( C ) F i g u r e 4 . 6 4 . C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s f o r t h e P M p r o d e s s e d T i - 6 4 - 1 B s a m p l e s a t ( a ) T = 4 5 5 ° C , o = 4 0 0 M P a . ( b ) T = 4 5 5 ° C , c = 4 5 0 M P a , a n d ( c ) T = 4 0 0 ° C , c = 4 5 0 M P a . 2 3 4 T l h o t e s c s r h e o e w p n s t r e s s e x p i n F i g u r e o 4 n . e 6 n 5 t , ( n w a ) s c 6 a . l 6 c u a l a t e t 4 0 d 0 ° s u C i a n n g d t h e m 1 0 . 7 i a n i m u t 4 5 5 ° m C c f r o e r e p r t h e t a P e M v e r r o l s l u e s d s t r e s s p T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e 1 1 v a l u e o f P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y w a s 2 . 5 a t 4 5 5 ° C ( b a s e d o n t w o d a t a p o i n t s ) . T h e a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g y v a l u e s ( Q a p p ) a t 4 5 0 M P a w a s 2 5 7 k J / m o l f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y a n d 2 9 3 k J / m o l f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( s e e F i g u r e 4 . 6 6 a ) . T h e Q a p p f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t 5 5 0 M P a w a s 2 6 1 k J / m o l ( s e e F i g u r e 4 . 6 6 b ) . F o r b o t h t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - l B a l l o y s ’ m i c r o s t r u c t u r e s , n o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - c r e e p g a g e s e c t i o n s . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e f r a c t i o n s o f t h e T i B , o r , a n d B p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . 2 3 5 F a S i l t g l u o r e s y r s e s . . ) a 4 T t . h 6 ( 5 a e 4 r c M e 0 n ° i 0 e p i C s m r a u e n s t m d s c ( r b e x e ) p e o p 4 n 5 e e C r 5 n a t ° t ( n 6 l ( i ) ‘ l v m u a i s l t n u r a e ) t s v i e r n d g e s t u h t e s e r m 0 i v ' a n p e r o a l i d t t f f o o n o i r r m o t t f h h e e m i P e s n M p i l p m o r u t s o m c a s r e c r e s e s e e h d p o T r i a w n - t . 6 e 4 W - i 1 t B h : I I 9 " m o ~ T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 1 " , I ’ T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d 1 M i n i m u m C r e e p R a t e , 3 1 1 0 ' 9 L 1 0 0 0 1 0 0 S t r e s s , M P a ( a ) — L O . O T = 4 5 5 ° C - 1 , 3 I R a t e O . , p / . 1 n = 1 0 . 7 M i n i n l u m C r e e ° . 0 0 0 ‘ T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 2 . - T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d - 9 1 0 1 0 0 1 0 0 0 S t r e s s , M P a ( b ) ' 2 3 6 3 I . A O I 4 7 5 ° c ' 4 5 5 ° C T 4 2 5 ° C 4 0 0 ° ' + T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d + T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d I d O f I J N T 2 5 7 k J / m o l I . 5 1 9 * r _ I n M i n i m u m C r e e p R a t e , s - 1 - 2 0 — o = 4 5 0 M P a - 2 1 Q 1 1 1 3 1 3 . 5 1 4 1 1 5 R e c i p r o c a l o f T e m p e r a t u r e , 1 1 / 1 : I K x 1 0 ( a ) ' 1 4 o 1 1 T 0 4 7 5 C 4 5 5 ° C 4 2 5 ° C 4 0 0 C i \ F - — d a 1 5 \ \ I g \ £ 4 6 ~ 1 g 2 6 1 k J / m o l ( " 3 ’ 4 7 1 ~ g l ‘ E - 1 8 — o = 5 5 0 M P a _ I E 2 5 - 1 9 L ‘ _ ~ I ” T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d . 2 0 , 1 1 3 1 3 . 5 1 4 1 1 5 R e c i p r o c a l o f T e m p e r a t u r e , 1 1 / 1 : I K ' x 1 0 ( b ) F i g u r e 4 . 6 6 . L n 8 m i n v e r s u s r e c i p r o c a l o f t e m p e r a t u r e f o r t h e ( a ) P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a t o = 4 5 0 M P a a n d f o r t h e ( b ) P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t o = 5 5 0 M P a i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h t e m p e r a t u r e . T h e a p p a r e n t c r e e p a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . 2 3 7 1 . 2 . 2 I n - s i t u C r e e p B e h a v i o r T h e d i s p l a c e m e n t v e r s u s t i m e c u r v e f r o m a n i n - s i t u t e n s i l e - c r e e p e x p e r i m e n t i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 6 7 . A c c u r a t e q u a n t i t a t i v e c o m p a r i s o n s w e r e n o t p r a c t i c a l f o r t h e c o n v e n t i o n a l a n d i n - s i t u e x p e r i m e n t s a s t h e i n - s i t u e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d i n v a c u u m w h i l e t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p e x p e r i m e n t s w e r e p e r f o r m e d i n a n a i r e n v i r o n m e n t a n d t h e i n - s i t u e x p e r i m e n t s d i d n o t u t i l i z e a n e x t e n s o m e t e r . T h u s , t h e s t r a i n i n t h e h e a t e d g a g e s e c t i o n f o r t h e i n - s i t u e x p e r i m e n t s w a s l i k e l y g r e a t e r t h a n t h a t b a s e d u p o n a u n i f o r m s t r a i n a s s u m p t i o n u s i n g t h e d i s p l a c e m e n t . 1 . 4 l 1 l l . l T = 4 5 5 ° C . 1 1 - 2 * o = 4 5 0 M P a / . / . E 1 . I " . — E . , . ~ “ g 0 . 8 — , 1 — . 0 0 . 6 , - _ . 8 I ; . 1 3 0 . 4 ‘ a D T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d 0 . 2 A o l l l 1 1 0 1 O 2 0 3 0 4 o 5 0 6 0 T i m e , h r s F i g u r e 4 . 6 7 . D i s p l a c e m e n t v e r s u s t i m e c u r v e f o r t h e i n - s i t u t e n s i l e - c r e e p e x p e r i m e n t f o r t h e T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d s a m p l e t e s t e d a t o = 4 5 0 M P a a n d T = 4 5 5 ° C . 2 3 8 I n - s i t u c r e e p o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e d t h a t t h e T 1 8 w h i s k e r s c r a c k e d e x t e n s i v e l y f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , s e e F i g u r e s 4 . 6 8 - 4 . 7 0 . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d m i c r o c r a c k s a t l o w d i s p l a c e m e n t l e v e l s ( 5 0 0 u m ) u p o n l o a d i n g t o t h e c r e e p s t r e s s , a n d t h e s e c r a c k s g r e w i n t o m a c r o c r a c k s a n d m u l t i p l i e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n a n d t i m e . L o c a l i z e d s l i p i n t h e ( 1 + 9 m i c r o s t r u c t u r e i n i t i a t e d a f t e r t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g b e c a m e e x t e n s i v e . D e f o r m a t i o n c o n t i n u e d v i a l a r g e p l a s t i c i t y i n t h e o c + B m i c r o s t r u c t u r e f o l l o w e d b y c r a c k f o r m a t i o n i n t h e 0 t + B p h a s e s b e f o r e fi n a l d u c t i l e f r a c t u r e . T h e c r a c k s , w h i c h a l w a y s i n i t i a t e d i n t h e T i B w h i s k e r s , g r e w a l o n g t h e l o a d i n g d i r e c t i o n t o d i s p l a c e m e n t s a s l a r g e a s 3 p m . D u r i n g t h e T i B c r a c k g r o w t h p r o c e s s , t h e ( 1 + 3 m a t r i x e x h i b i t e d s l i p f o l l o w e d b y v o i d f o r m a t i o n , s e e F i g u r e s 4 . 7 0 . N o s l i p w a s o b s e r v e d i n t h e T i B w h i s k e r s , a n d a f t e r s u b t r a c t i n g t h e l e n g t h o f t h e c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s , i t w a s d e t e r m i n e d t h a t t h e l e n g t h o f t h e T i B w h i s k e r s d i d n o t i n c r e a s e n o t i c e a b l y . T h u s i t w a s a s s u m e d t h a t l i t t l e - t o — n o p l a s t i c d e f o r m a t i o n o c c u r r e d i n t h e T i B p h a s e . A l o w e r - m a g n i fi c a t i o n i m a g e o f t h e s a m e a r e a e x h i b i t e d i n F i g u r e 4 . 7 0 i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 7 1 . T h i s i n d i c a t e s t h e e x t e n t o f m a t r i x c r a c k i n g a n d s l i p i n t h e o n a n d [ 5 p h a s e s . S E M i m a g e s t a k e n f r o m p o l i s h e d g a g e s e c t i o n s o f t h e d e f o r m e d c r e e p s p e c i m e n s c o n fi r m e d t h a t T i B c r a c k i n g w a s a l s o e v i d e n t w i t h i n t h e b u l k o f t h e m a t e r i a l ( s e e F i g u r e s 4 . 7 2 a a n d b ) . 2 3 9 F 0 i : g u 4 r 5 e 0 . 4 M 6 P 8 a . . B S T h E e S d E i s M p l i a m c a e g e s f o m e n t s r a r a e ' i I n ‘ d i i - c 6 4 a - t l e B d M P i n “ e m x m t r “ u d o d e n s h t a e m s p e l e i m t a e g s e t s d e . t a T h T e = 4 5 5 l o a ‘ d T i C n , g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . N o t e t h a t t h e ( 1 + B i n t e r f a c e w a s n o t s l i d i n g a s s e e n b y t r a c k i n g t h e fi d u c i a l s c r a t c h i n t h e f i g u r e s . 2 4 0 p ” D i s p l a c e m e n t : 0 . 5 5 8 8 m m ( a ) 0 . 6 0 9 6 m m ( b ) 2 4 1 “ r 0 " " 1 0 p m l O u m F i g u r e 4 . 6 8 ( c o n t i n u e d ) _ . , , . fl . \ . i . b . . M t 1 0 r . 0 7 9 2 5 m m ” m ( C ) 2 4 2 F i g u r e 4 . 6 8 ( c o n t i n u e d ) . 9 4 0 4 9 i 9 m m ‘ \ A ' “ " 1 0 m u 2 4 3 F i g u r e 4 . 6 8 ( c o n t i n u e d ) 2 4 4 F ( a t i 3 x h g i : e u s 4 r 5 e 0 w e a s n t 4 . M s i 6 P 9 a h e l . a o . r x i i B s z S h n d T o E t i e a d S d n l E i i o s n t M p i h e m c i a i e b g m m i e e a t s c n g f o t e r s s a . c a r k r i e a N n l a t e h x P i t . o g M e n d i r d e c t a h x a t t t e u d t h e n i e d T T i “ i m B - m 6 ” 4 - o B l n w h i s k e s h a e m s p e o r i t r s e l e e n i m t t e a e d g t s p e . e d r a t T e h n p T e d = i 4 c 5 o l u 5 l a ‘ a d j r i C n t , g o r . . D i s p 0 l . a 0 c e m m m e n t : 1 0 i n ” - ! i i ' . . 2 . F ‘ ‘ ‘ — : ‘ ‘ Q J H L “ . n 1 1 ' 0 . 5 1 5 6 m m l k a h i l t } ; c u r t . 4 " ? “ fl a t - 3 2 5 M ‘ i t , ” . 1 0 2 4 6 F i g u r e 4 . 6 9 ( c o n t i n u e d ) 4 ‘ , . - r - - ‘ f 0 . 5 5 8 8 m m ( C ) 9 “ ” W W 0 . 6 0 9 6 m m c » . w a n - " W ( d ) 2 4 7 F i g u r e 4 . 6 9 ( c o n t i n u e d ) 5 . ‘ O 0 I \ . l ‘ , w e l 0 u m w « 4 0 . 7 5 1 8 m m ( c ) - . . . — L x \ 7 ‘ 4 ? “ ' 0 I \ 0 i . " J 1 0 p m M s - 0 . 7 9 2 5 m m a t " W ( 0 2 4 8 F i g u r e 4 . 6 9 ( c o n t i n u e d ) \ 0 . 8 3 3 1 m m " l 0 . 8 8 9 0 m m ( h ) 2 4 9 F i g u r e 4 . 6 9 ( c o n t i n u e d ) 2 5 0 w w ' a " 4 J - F i g u r e 4 . 6 9 ( c o n t i n u e d ) . 1 . l " ; l ; ’ . ( k ) ‘ l . 2 5 1 F l 0 i o : g a 4 u d r i 5 e n 0 4 M . a 7 P x 0 i a . s . g B a w S T s E h e h o S r E r z c i M e o e n p t i a m d l a i i g s n e p s l a f c t h e o e i r m m a e a n g T t e i s s - . 6 a 4 - r e 1 i B n P i d M c a t e e x d t r i n u d e “ d m m s m a ” p o e l n t h e e t s t e d s e i a m t a T g e = s 4 . 5 5 ° T C h , e 2 5 2 1 4 5 5 1 1 1 2 6 5 . i i D i s p l a c e m e n t : 0 0 m m ” I . ” 0 . 5 1 8 2 m m ( b ) 2 5 3 F i g u r e 4 . 7 0 ( c o n t i n u e d ) - - 0 . 5 5 8 8 . T " " " I m m 1 M « w / ’ ( ) 0 ' a I W M 4 " > x - 4 1 0 “ ” i 4 ’ . m - r ” w 2 5 4 F i g u r e 4 . 7 0 ( c o n t i n u e d ) . ‘ . P i M 0 . 7 9 2 5 m m x i i . l a . . I l . l — u m ‘ a » . o r ” . I . - . « . 3 - 1 ” - 0 . 7 5 4 4 m m . " l ” m ( e ) ( - i t I f _ ' . . . - - . l s . a ‘ I ( f ) 2 5 5 F i g u r e 4 . 7 0 ( c o n t i n u e d ) 2 5 6 F i g u r e 4 . 7 0 ( c o n t i n u e d ) 0 ) 2 5 7 F i g u r e 4 . 7 0 ( c o n t ( k ) 2 5 8 F s s s a i a a a b g m m m o u r e p p e v l l e e e a 4 d . e 7 p i e g n u a r fi 1 c r i a . e l c s u t e d i a i n t L d n w n o i g e t a 1 b . o 3 F r h v - i e e m g a u t f 2 1 m g m r h i n i e g c u i 4 k r d f 8 e n i i c a a f t t e e s a s p t s l 1 a i . r s c o e 3 n c t 2 e i h t 1 e m e E t a s m S e n B n o m t t w d t T a 1 S h i E s . s e c 2 M l l 3 p o 3 a o m c a i d p m e m l m i a e e m t g n n g e e t a f c o ) s s r ( p h e T e 0 t ) c s 0 a 5 a a l w a m x h d d x i ( . i T i e n t r t a i k e o - n . k z 6 o e 4 n f n - ( r t 1 b o o a B ) m f l P h a e 5 t 2 s i n M 0 d e x a m t e h e e t d e f n h 0 1 e g i t r e x m a e t a k a r o g e u f n a e d s . 2 5 9 m M . - 1 h ' u fl d : u e e ‘ m c m ? f a . “ r ’ fi 1 - e m e . I . . ” . I . . ‘ 1 l , # 1 ‘ . - i ' . L A ‘ W ~ ' ‘ ' ‘ \ -.l i I n — . - j i. i . . . “ . - \ ' - h " r i , " * " H V ' ? r , ‘ l '1 \ . I " » , : - 7 ‘ . , - 1 r t ~ _ . - - . ' s ‘ l ‘ ‘ “ l i t U ‘. \ i 4 l i . 1 i i ‘ , “ f £ 4 . { t ' " . 7 " 4 ' 1 i i ' I . Y T . . " 1 1 ‘I - 1 \ " ' ’ ' - ' i ' * " ‘ l I f ' ' l ' l " h ” ’ ” _ . E l : . ? t .. L ‘ - i " . ‘ ‘ ~ . ~ ‘ 1 1 : . f . r l ‘ i r. p 1 l : 3 i . f 2 “ : . 1 1 “ ' - l - I “ ‘ « 4 t # \ 4 " i i u : « t . ' . t ‘ t " k a . ‘ l b ‘ 3 ) l ( “ ' “ w - .i . . _ i “ - . g « 1 ( " ; ‘ u 1 1 g L 0 h 1 - 1 4 \ i ' . i b i 2 6 0 F i g u r e 4 . 7 1 ( c o n t i n u e d ) 2 6 1 1 0 p m F i g u r e 4 . 7 2 . B S E S E M i m a g e s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) T i - 6 4 - l B P M e x t r u d e d s a m p l e ( f a c e ) w h i c h e x h i b i t e d 5 % c r e e p a fi e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / 0 ' = 4 0 0 M P a ( T h e l o a d i n g d i r e c t i o n w a s t h e s a m e a s t h e T i B o r i e n t a t i o n ) a n d ( b ) r o l l e d p l a t e s a m p l e a f t e r u n d e r g o i n g a c r e e p t e s t a t T = 4 5 5 ° C / c = 4 5 0 M P a ( T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n ) . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . 2 6 2 T h e c r a c k w i d t h s w e r e m e a s u r e d f o r t h e c r a c k e d T i B w h i s k e r s . T h e c r a c k w i d t h s r a n g e d f r o m 0 . 4 u m t o 2 . 6 u m . L a r g e r c r a c k w i d t h s t e n d e d t o b e m e a s u r e d f o r l a r g e r T i B w h i s k e r l e n g t h s . N o r m a l i z i n g t h e t o t a l l e n g t h o f t h e c r a c k w i d t h s f o r a g i v e n T i B w h i s k e r b y t h e l e n g t h o f t h e T i B w h i s k e r i n d i c a t e d t h a t t h e t o t a l c r a c k w i d t h s r e p r e s e n t e d f r o m 2 - 3 6 % o f t h e t o t a l l e n g t h o f t h e T i B w h i s k e r s . 2 6 3 p h a s e s w e r e s i m i l a r b o t h b e f o r e a n d a f t e r t h e e x p e r i m e n t s . v a n " . . ' > h . a - € F 4 ~ A n o A — v 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m 2 . 1 C r e e p P r o p e r t i e s S i m i l a r t o t h a t i n t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , t h e c r e e p s t r a i n - l i f e b e h a v i o r o f e a c h a l l o y r e s e m b l e d t h a t f o r m o s t p u r e m e t a l s a n d a l l o y s [ E v a n s a n d W i l s h i r e ( 1 9 8 5 ) ] . S o m e o f t h e c r e e p d a t a o b t a i n e d a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e s 4 . 7 3 - 4 . 7 4 . T h e T i - 6 2 4 Z S - I B a l l o y e x h i b i t e d l o w e r m i n i m u m s t r a i n r a t e s t h a n t h e T i - 6 2 4 2 S b a s e a l l o y a t e q u i v a l e n t a p p l i e d s t r e s s e s a n d c r e e p t e m p e r a t u r e s , t h o u g h t h e m i n i m u m c r e e p r a t e s m a i n t a i n e d w e r e w i t h i n a f a c t o r o f t w o . I n g e n e r a l , t h e a l l o y s c o n t a i n i n g 0 . 1 w t . % B a n d 0 . 4 w t . % B e x h i b i t e d m i n i m u m s t r a i n r a t e s i n t e r m e d i a t e t o t h o s e f o r t h e b a s e l i n e a n d 1 w t . % B a l l o y s , t h o u g h s o m e e x c e p t i o n s e x i s t e d f o r a f e w s t r e s s / t e m p e r a t u r e c o m b i n a t i o n s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s ( n ) c a l c u l a t e d u s i n g t h e m i n i m u m c r e e p r a t e v e r s u s s t r e s s p l o t s s h o w n i n F i g u r e 4 . 7 3 r a n g e d f r o m 3 . 4 t o 9 . 3 . T h e a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s r a n g e d f r o m 2 9 2 k J / m o l t o 3 3 4 k J / m o l a t o = 5 5 0 M P a , s e e F i g u r e 4 . 7 4 . N o p h a s e i n s t a b i l i t y w a s o b s e r v e d o n t h e p o s t - c r e e p g a g e s e c t i o n s e v e n a f t e r m o r e t h a n 6 0 0 h o u r s o f c r e e p e x p o s u r e a t 5 6 5 ° C . I n s u c h c a s e s t h e m e a s u r e d v o l u m e p e r c e n t s o f t h e T i B , o r , a n d B 2 6 4 1 ' s , e t a R p e o d r O e m u m i n i M 1 ' 5 , e t a R p e e b L o C m u fi m i n i M \ — I O . N T = 5 1 o ° c 7 o , 1 1 4 5 2 4 2 3 , n = 9 . 4 ~ 1 ~ 1 1 4 3 2 4 2 3 4 1 1 3 . n = 8 . 3 7 + 1 1 6 2 4 2 3 0 4 3 , n 4 5 m g a x e 1 1 4 5 2 4 2 3 1 1 3 , n = 7 . 2 8 _ . ¢ ' a 8 1 0 0 0 A O . N ‘ + T i - 6 2 4 Z S , n = 4 . 4 1 * 1 1 - 6 2 4 2 8 - 0 . 1 B , n = 3 . 4 / ‘ + 1 1 4 5 2 4 2 5 4 1 4 3 , n = 4 . 1 g , 4 2 — 1 1 - 6 2 4 2 8 - 1 8 , n = 3 . 6 0 0 1 0 0 0 S t r e s s , M P a 0 ) ) F i g u r e 4 . 7 3 . L o g 8 m i n v e r s u s l o g 0 ' p l o t a t ( a ) T = 5 1 0 ° C a n d ( b ) T = 5 6 5 ° C i l l u s t r a t i n g t h e v a r i a t i o n o f m i n i m u m c r e e p r a t e w i t h s t r e s s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t ( n ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . 2 6 5 l 6 5 6 6 6 l 4 4 C 4 4 ° 2 2 2 2 4 i i i i 7 - - — - T T T T 4 0 2 2 2 Z 8 8 8 S - - - O 1 l 5 5 ° C B B 4 . 1 . B X l — ° + + + — c £ 1 5 3 0 ° C 1 5 ' c 0 l 5 9 2 4 c l o l 5 m 1 0 o e I o ' o s _ . _ 2 _ i L . 1 2 n o i n v o e r f s m u s i n l i O m O u 3 l 3 f e 1 t 5 O O m / T c c u r r e e p v r e a 1 - s , e t a R p e e r C m u m i n i M n I . - - - 1 1 2 2 8 9 0 1 1 F i i l g l u u s r t e r 4 a t i 4 . n 7 g . t h e L v n a 8 r i a m t _ a _ 1 l l . 5 s a t t s r a e m . u p e l T s h e a t c e a s m m - p 1 c e o 3 a r i 4 r o e 5 = e p 5 a 0 p M r P e a t n p a 6 l o r w i e t t h h t e 3 3 4 l e m o l l 2 9 2 k J / m o l R e c i p r o c a l o f T e m p e r a t u r e , 1 I T I K ' 1 x 1 0 4 a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e s e p l o t s a r e s h o w n . D e f o r m a t i o n o b s e r v a t i o n s f o r t h e s a m p l e s w h i c h u n d e r w e n t t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p e x p e r i m e n t s i n a i r i n d i c a t e d t h a t e x t e n s i v e T i B w h i s k e r c r a c k i n g w a s e v i d e n t , a n d t h e e x t e n t o f t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n . S E M i m a g e s t a k e n f r o m p o l i s h e d g a g e s e c t i o n s o f t h e d e f o r m e d c r e e p s p e c i m e n s , s e e F i g u r e 4 . 7 5 a — b , i n d i c a t e d t h e e x t e n t o f t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g w i t h i n t h e b u l k o f t h e m a t e r i a l . I n a d d i t i o n , e n v i r o n m e n t a l l y - a s s i s t e d c r a c k i n g w a s e v i d e n t a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s w h e r e a t h i n o r c a s e l a y e r h a d d e v e l o p e d d u e t o o x i d a t i o n a t t h e s u r f a c e , s e e F i g u r e 4 . 7 6 a - b . S u c h c r a c k i n g o c c u r r e d p r e f e r e n t i a l l y a l o n g t h e a - c a s e l a y e r a t t h e s u r f a c e w h i c h w a s f o r m e d d u e t o o x i d a t i o n . 2 6 6 F i g u r e 4 . 7 5 . B S E S E M i m a g e s o f t h e s u b s u r f a c e t h i c k n e s s s e c t i o n s o f ( a ) a T i - 6 2 4 2 S - 1 B s a m p l e w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 7 % c r e e p a fi e r u n d e r g o i n g a l o a d — j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 l O ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 — 5 5 0 M P a a n d ( b ) a T i - 6 2 4 Z S - 0 . 4 B s a m p l e w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 4 . 0 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a l o a d - j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 l 0 ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 - 5 5 0 M P a . T h e h o r i z o n t a l a x i s w a s t h e l o a d i n g d i r e c t i o n . T h e s a m p l e s e x h i b i t e d T i B w h i s k e r c r a c k i n g . 2 6 7 ( b ) F i g u r e 4 . 7 6 . B S E S E M p h o t o m i c r o g r a p h s i n d i c a t i n g e n v i r o n m e n t a l l y - a f f e c t e d s e c o n d a r y c r a c k s a t t h e e d g e s o f t h e s a m p l e s f o r ( a ) T i - 6 2 4 2 S - O . 1 B w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 4 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a t e m p e r a t u r e - j u m p c r e e p t e s t a t T = 4 7 5 - 5 0 0 ° C / 0 ' = 5 5 0 M P a a n d ( b ) " T i - 6 2 4 2 8 w h i c h e x h i b i t e d a p p r o x i m a t e l y 1 . 4 % c r e e p a f t e r u n d e r g o i n g a l o a d - j u m p c r e e p t e s t a t T = 5 1 0 ° C / o = 4 0 0 - 4 5 0 - 5 0 0 M P a . 2 6 8 2 . 2 I n - s i t u C r e e p B e h a v i o r F i g u r e 4 . 7 7 i l l u s t r a t e s t h e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n a s a f u n c t i o n o f d i s p l a c e m e n t d u r i n g c r e e p a t T = 5 6 5 ° C a s o b s e r v e d o n t h e s u r f a c e o f t h e i n - s i t u t e s t e d T i - 6 2 4 2 S - 1 B s a m p l e . T h e T i B w h i s k e r c r a c k s b e c a m e e v i d e n t p r i o r t o a - a n d B - p h a s e s l i p . F i g u r e 4 . 7 8 i l l u s t r a t e s t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f t h i s s p e c i m e n , w h i c h e x h i b i t e d s o m e d u c t i l e d i m p l e s . I t i s n o t e d t h a t t h e s p e c i m e n f a i l u r e d i d n o t o c c u r a c r o s s t h e a r e a i m a g e d i n F i g u r e 4 . 7 7 , t h u s t h e s u r f a c e f r a c t u r e e v e n t s w e r e n o t c a p t u r e d . 2 6 9 F i g u r e 4 . 7 7 . B S E S E M i m a g e s f o r a T i - 6 2 4 2 8 - l B s a m p l e t e s t e d a t T = 5 6 5 ° C . T h e c r e e p d i s p l a c e m e n t s w e r e ( a ) 0 . 4 3 4 m m ( b ) 0 . 5 2 3 m m ( c ) 0 . 5 4 9 m m ( d ) 0 . 5 7 2 m m ( e ) 0 . 6 1 7 m m . T h e l o a d i n g a x i s w a s h o r i z o n t a l i n t h e i m a g e s . T h e s t r e s s w a s i n c r e a s e d f r o m 3 1 0 M P a t o 7 1 0 M P a a t p e r i o d i c i n t e r v a l s d u r i n g t h e t e s t . 2 7 0 6 c m ; I 0 . 6 1 7 1 m 3 3 2 7 1 E m fi d + 3 3 0 5 9 5 0 8 M a w m u m : 5 9 8 5 2 8 3 R u . 2 : 3 F i g u r e 4 . 7 8 . S E S E M i m a g e o f t h e f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e i n - s i t u c r e e p t e s t e d s a m p l e s . 2 7 4 C H A P T E R 5 D I S C U S S I O N T h i s c h a p t e r p r o v i d e s a d i s c u s s i o n a n d d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e r e s u l t s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 , a n d i t i s o r g a n i z e d t o f o l l o w t h e s p e c i fi c a i m s g i v e n a t t h e e n d o f C h a p t e r 1 . D i s c u s s e d fi r s t i s t h e e f f e c t o f B a d d i t i o n s a n d p r o c e s s i n g o n t h e T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 2 8 a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s , f o l l o w e d b y m i c r o s t r u c t u r e - t e n s i l e p r o p e r t y r e l a t i o n s h i p s . T h e H a r p i n - T s a i m o d e l i s u s e d t o m o d e l t h e e f f e c t o f t h e T i B p h a s e o n t h e Y o u n g ’ s m o d u l u s o f t h e c o m p o s i t e . T h e e f f e c t o f o c — p h a s e t e x t u r e ( c a u s e d b y t h e e x t r u s i o n p r o c e s s ) o n t h e Y o u n g ’ s m o d u l u s i s t h e n d i s c u s s e d . T h i s m o d e l i s a l s o u s e d t o q u a n t i f y t h e o c - p h a s e t e x t u r e w e a k e n i n g d u e t o t h e a d d i t i o n o f t h e T i B p h a s e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e f a t i g u e b e h a v i o r o f t h e s t u d i e d a l l o y s i s f u r t h e r e v a l u a t e d , i n c l u d i n g a d e t a i l e d d i s c u s s i o n o f t h e f a t i g u e c r a c k i n i t i a t i o n , c r a c k p r o p a g a t i o n a n d t h e fi n a l f a i l u r e i n r e l a t i o n t o t h e m i c r o s t r u c t u r e . T h e c r e e p d e f o r m a t i o n m e c h a n i s m s a r e s u g g e s t e d f r o m t h e m e a s u r e d s t r e s s e x p o n e n t s a n d t h e a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g i e s a s w e l l a s t h e m i c r o s t r u c t u r a l d e f o r m a t i o n o b s e r v a t i o n s . T h e e f f e c t o f B a d d i t i o n a n d p r o c e s s i n g o n t h e c r e e p d e f o r m a t i o n c o n c l u d e s t h e c r e e p d i s c u s s i o n . D u r i n g t h e 4 5 5 ° C f a t i g u e e x p e r i m e n t s , t h e c r e e p - i n d u c e d s t r a i n w a s e v a l u a t e d . T h e s e v a l u e s w e r e c o m p a r e d w i t h t h e s t r a i n i n t h e c r e e p e x p e r i m e n t s , a n d f a t i g u e - c r e e p i n t e r a c t i o n s a r e d i s c u s s e d . 2 7 5 A . M i c r o s t r u c t u r e D i s c u s s i o n 1 . T i - 6 4 - X B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s T h e a - p h a s e m o r p h o l o g y d e p e n d e d o n t h e p r o c e s s i n g r o u t e . F o r p r o c e s s i n g w i t h i n t h e B - p h a s e fi e l d , a l e n t i c u l a r o n m o r p h o l o g y o c c u r s , w h i l e f o r p r o c e s s i n g ( i m p a r t i n g a s u f fi c i e n t a m o u n t o f d e f o r m a t i o n ) w i t h i n t h e a - B p h a s e fi e l d , t h e p r i m a r y a + B m o r p h o l o g y b e c o m e s g l o b u l a r ( e q u i a x e d ) d u r i n g t h e s u b s e q u e n t h e a t t r e a t m e n t i n t h e a + B p h a s e fi e l d [ F r o e s ( 2 0 0 4 ) ] . S i n c e t h e c a s t i n g o t s w e r e c o o l e d f r o m a b o v e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e a n d n o t h e r r n o - m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g w a s p e r f o r m e d t h e r e a f t e r , t h e a p h a s e m o r p h o l o g y i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s w a s l e n t i c u l a r . T h e B - c o n t a i n i n g a s - c a s t a l l o y s e x h i b i t e d a g r e a t e r a - l a t h w i d t h s i z e t h a n a s - c a s t T i - 6 4 . T h e r e a s o n f o r t h i s i s t h a t i n c r e a s i n g B c o n t e n t s i n c r e a s e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e o f t h e T i - 6 4 a l l o y [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . T h u s , B a d d i t i o n r e s u l t s i n l a r g e r l a t h s i z e s d u e t o l o n g e r c o o l i n g t i m e f r o m t h e h i g h e r B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e - — a l l o w i n g l o n g e r d i f f u s i o n t i m e s a n d t h u s l a r g e r a - l a t h s . I n a d d i t i o n , B i s a n o n s t a b i l i z e r [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . T h e B s t a b i l i z e d t h e a p h a s e d u r i n g t h e [ 3 - > a t t r a n s f o r m a t i o n , a n d t h i s r e s u l t e d i n a s l i g h t l y l a r g e r o r l a t h w i d t h i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y c o m p a r e d w i t h t h e T i - 6 4 a l l o y . W h e n t h e B c o n c e n t r a t i o n i s h i g h e r ( s u c h a s i n T i - 6 4 - 1 B ) a n o t h e r m e c h a n i s m c o u n t e r a c t e d t h e c t - p h a s e s t a b i l i z i n g e f f e c t o f B . T h e T i B p h a s e , w h i c h f o r m s a l o n g w i t h B i n t h e e u t e c t i c r e a c t i o n a t t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e , f a c i l i t a t e s t h e n u c l e a t i o n o f m o r e o r l a t h s [ K o m i z o ( 2 0 0 7 ) ] . T h i s r e s u l t s i n a r e d u c e d a — l a t h w i d t h d u r i n g t h e B - ) o n p h a s e t r a n s f o r m a t i o n f o r l a r g e B a n d T i B c o n t e n t s . 2 7 6 T h e B - p h a s e fi e l d e x t r u s i o n p l a y e d a s i g n i fi c a n t r o l e i n a l t e r i n g t h e m i c r o s t r u c t u r e o f t h e c a s t i n g s . S i n c e t h e e x t r u s i o n w a s p e r f o r m e d a b o v e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e , t h e o n m o r p h o l o g y w a s l e n t i c u l a r a f t e r c o o l i n g t o R T . A fi n e r g r a i n s i z e r e s u l t e d f r o m t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e . T h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e a l s o r e s u l t e d i n a s i g n i fi c a n t l y r e fi n e d l a t h w i d t h s i z e a n d c r y s t a l l o g r a p h i c t e x t u r i n g , a s h a s b e e n d e s c r i b e d i n C h a p t e r 4 . T h e l a t h w i d t h s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e i n d e p e n d e n t o f B c o n t e n t . T h e s i g n i fi c a n t l y fi n e r l a t h w i d t h s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e l i k e l y a r e s u l t o f t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e f o l l o w e d b y f a s t e r c o o l i n g t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t m e l t . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s p r o d u c e d d u r i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e s s m i g h t a c t a s e f f e c t i v e s i t e s f o r h e t e r o g e n e o u s n u c l e a t i o n o f t h e a - l a t h s d u r i n g c o o l i n g . T h e e n r i c h m e n t o f V i n t h e B - p h a s e a n d A l i n t h e a - p h a s e ( s e e m i c r o p r o b e a n a l y s i s i n T a b l e 4 . 6 ) w a s e x p e c t e d s i n c e V a n d A 1 a r e s t r o n g B - p h a s e a n d a - p h a s e s t a b i l i z e r s , r e s p e c t i v e l y [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e , w h i c h c o n t a i n e d b o t h l e n t i c u l a r a n d e q u i a x e d o r p h a s e . D u r i n g t h e r o l l i n g p r o c e s s , t h e b i l l e t s u r f a c e t e m p e r a t u r e d r o p p e d t o 9 5 0 ° C , w h i c h i s b e l o w t h e B t r a n s u s t e m p e r a t u r e ( 9 9 9 : 1 4 ° C [ A l l v a c t e c h n i c a l d a t a s h e e t ] ) . T h e r o l l i n g p r o c e s s f o l l o w i n g b y t h e 7 6 0 ° C a n n e a l i n g t r e a t m e n t l i k e l y i n t r o d u c e d s o m e e q u i a x e d o n p h a s e i n t o t h e a l l o y m i c r o s t r u c t u r e . I n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , e q u i a x e d o n p h a s e w a s p r e d o m i n a n t w i t h t h e B p h a s e d e c o r a t i n g t h e g r a i n b o u n d a r i e s . T h e a g r a i n d i a m e t e r ( 3 . 6 m m ) w a s o n l y a b o u t h a l f t h a t f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 7 . 4 p m ) . T h e p r o c e s s i n g o f t h e P M e x t r u d e d 2 7 7 T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s t h e s a m e a s t h a t f o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 . 7 B a l l o y d e s c r i b e d b y T a m i r i s a k a n d a l a e t a l . [ T a r ' n i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . I n T a m i r i s a k a n d a l a ’ s r e s e a r c h , t h e a s - r e c e i v e d T i - 6 4 - l B p r e - a l l o y e d p o w d e r e x h i b i t e d a m a r t e n s i t e m i c r o s t r u c t u r e . A f t e r b l i n d - d i e c o m p a c t i o n a t 1 2 0 0 ° C , t h e a l l o y e x h i b i t e d e q u i a x e d o n p h a s e . A f t e r e x t r u s i o n a t 1 1 0 0 ° C t h e a l l o y r e v e a l e d a fi n e - g r a i n e d ( ~ 5 u m ) e q u i a x e d a p h a s e w h i c h i s s i m i l a r t o t h e m i c r o s t r u c t u r e o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B i n t h e c u r r e n t s t u d y . T h e a p h a s e m o r p h o l o g y o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B w a s a l s o s i m i l a r t o t h e P M T i - 6 4 - 2 . 9 B a l l o y s t u d i e d b y B h a t e t a l . [ B h a t ( 2 0 0 5 ) ] . T h e d i f f e r e n t t h e r m a l - m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g r o u t e s c a u s e d t h e a p h a s e m o r p h o l o g y d i f f e r e n c e i n t h e P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . S i m i l a r t o t h a t i n t h e a s — c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e B - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h V ( [ 3 s t a b i l i z e r ) a n d t h e a - p h a s e w a s e n r i c h e d w i t h A l ( a s t a b i l i z e r ) i n t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . 2 7 8 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m S i m i l a r t o t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , t h e c t - l a t h w i d t h s i z e i n c r e a s e d s l i g h t l y w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t f o r t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m . T h i s w a s e x p l a i n e d p r e v i o u s l y t o b e a r e s u l t o f B , w h i c h s t a b i l i z e d t h e o c - p h a s e a n d t h e r e b y i n c r e a s e d t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e . T h e m i c r o p r o b e d a t a ( s e e T a b l e 4 . 7 ) i n d i c a t e d t h a t t h e T i B p h a s e a c q u i r e d s o m e M o a n d Z r f r o m t h e b a s e l i n e a l l o y . T h i s m a y h a v e b e e n t h e r e a s o n w h y s l i g h t l y l o w e r T i B - p h a s e v o l u m e p e r c e n t s w e r e o b t a i n e d f o r t h e T i - 6 2 4 Z S - x B s y s t e m c o m p a r e d t o t h e T i - 6 4 - x B s y s t e m . T h a t i s , t h e a d d i t i o n o f M o a n d Z r m a y h a v e i m p a i r e d t h e g r o w t h o f t h e T i B w h i s k e r s b y s l o w i n g t h e d i f f u s i o n k i n e t i c s d w i n g t h e T i B - p h a s e f o r m a t i o n . T h e o v e r a l l v o l u m e f r a c t i o n o f t h e T i B p h a s e w o u l d b e e x p e c t e d t o d e c r e a s e W i t h i n c r e a s e d M o c o n t e n t , a s t h e a d d i t i o n o f M o h a s b e e n s h o w n t o r e d u c e d i f f u s i o n - c o n t r o l l e d r e a c t i o n s i n T i - a l l o y s y s t e m s [ P o r t e r ( 1 9 9 5 ) ] . F o r e x a m p l e , c o m p a r i n g a T i - 2 2 A l - 2 4 . 5 N b - 1 . 5 M o a l l o y t o a T i - 2 2 A l - 2 6 N b a l l o y , t h e M o - c o n t a i n i n g a l l o y w a s s h o w n t o e x h i b i t a fi n e r O + B C C s t r u c t u r e , w h i c h w a s a t t r i b u t e d t o t h e s l u g g i s h d i f f u s i o n k i n e t i c s o f M o [ S m i t h ( 1 9 9 9 ) ] . T h e p r e s e n c e o f M o a n d Z r i n t h e T i B p h a s e i s a l s o a c a u s e f o r t h e n o n - s t o i c h i o m e t r i c T i a n d B c o n t e n t s i n t h e T i B p h a s e . T h e v o l u m e p e r c e n t o f t h e B - p h a s e i n t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m w a s a p p r o x i m a t e l y 1 . 5 t i m e s t h a t f o r t h e T i - 6 4 - x B s y s t e m . T h i s w a s e x p e c t e d b a s e d o n t h e l a r g e r a m o u n t o f B — p h a s e s t a b i l i z e r s ( M o , Z r ) , a n d t h i s a l s o o c c u r s w h e n n o B w a s p r e s e n t i n t h e s e a l l o y s . T h e g r a i n r e fi n e m e n t w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t i n t h e T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m w a s s i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , h o w e v e r t h e s t a r t i n g g r a i n s i z e o f t h e b a s e l i n e T i - 6 2 4 2 S c a s t i n g w a s m o r e t h a n t h r e e t i m e s s m a l l e r t h a n t h a t f o r t h e T i - 6 4 c a s t i n g [ T a r n i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . O v e r a l l , i n t e r m s o f t h e m i c r o s t r u c t u r a l 2 7 9 p a r a m e t e r s , t h e m a i n d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a n d T i - 6 4 - x B s y s t e m s i s t h a t t h e T i B p h a s e c o n t a i n e d a p p r o x i m a t e l y 1 w t . % M o a n d 1 w t . % o f Z r . 2 8 0 B . T e x t u r e D i s c u s s i o n 1 . A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s F o r t h e a s - c a s t a l l o y s , t h e T i B p h a s e w a s n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . T h i s i s i n a g r e e m e n t w i t h p r e v i o u s o b s e r v a t i o n s b y I v a s i s h i n e t a l . [ I v a s i s h i n ( 2 0 0 8 ) ] f o r a n a s - c a s t e u t e c t i c T i - 6 4 - 1 . S S B a l l o y . T h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e a l i g n e d t h e T i B w h i s k e r s i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n w i t h [ 0 1 0 ] a l i g n e d p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n , s e e F i g u r e 4 . 2 . T h i s i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e T E M o b s e r v a t i o n s i n d i c a t i n g t h e g r o w t h d i r e c t i o n o f t h e T i B w h i s k e r s t o b e [ 0 1 0 ] [ L u ( 2 0 0 1 ) , K o o i ( 2 0 0 3 ) ] . I n a d d i t i o n , d i r e c t e x t r u s i o n o f a s - c a s t e u t e c t i c T i - 6 4 — 1 . 5 5 B i n t h e B - p h a s e fi e l d a l i g n e d a m a j o r i t y o f t h e T i B a l o n g t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n [ I v a s i s h i n ( 2 0 0 8 ) ] . T h e h i g h a s p e c t r a t i o s o f t h e T i B p h a s e a r e d u e t o s t r o n g a n i s o t r o p y i n g r o w t h r a t e , w i t h t h e f a s t e s t g r o w t h i n t h e [ 0 1 0 ] a x i a l d i r e c t i o n o f r o d s a n d t h e l o n g d i m e n s i o n s o f p l a t e s . T h e r r n o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g i n t h e B - p h a s e fi e l d a l l o w s r e a s o n a b l y e a s y p l a s t i c fl o w a n d f a c i l i t a t e s r i g i d b o d y r o t a t i o n o f i n t e r m e t a l l i c T i B c a u s i n g a l i g n m e n t a l o n g t h e d i r e c t i o n o f fl o w [ S c h u h ( 2 0 0 1 ) ] . I n a d d i t i o n , t h e a - p h a s e b e c a m e s t r o n g l y t e x t u r e d d u r i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e . T h i s t e x t u r e w a s s i m i l a r t o t h a t r e s u l t i n g f r o m h o t r o l l i n g o f T i - 6 4 r o d s [ B i e l e r ( 2 0 0 5 ) , Z e n g ( 2 0 0 5 ) ] . D u r i n g t h e B - p h a s e fi e l d e x t r u s i o n , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e B p h a s e w i l l p r e f e r e n t i a l l y a l i g n w i t h t h e { 1 1 0 } p l a n e s p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n a s t h e B p h a s e h a s 1 2 s l i p s y s t e m s a s s o c i a t e d w i t h { 1 1 0 } f a m i l y o f p l a n e s . I t i s n o t e d t h a t a s t r o n g ( 1 1 0 ) t e x t u r e h a s b e e n f o u n d i n c o l d - d r a w n a — F e ( b c c ) [ V a n A c k e r ( 1 9 9 6 ) , R e a d ( 1 9 9 7 ) ] . T h e { 1 1 0 } p l a n e s a r e l o c a t e d e i t h e r 0 ° , 6 0 ° , o r 9 0 ° a p a r t i n t h e c u b i c s y s t e m . T h e B u r g e r s o r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e n o r a n d B i s ( 1 1 0 ) B / / ( 0 0 0 2 ) 0 t ; [ 1 1 1 ] B / / [ 1 1 2 0 ] o c [ B u r g e r s ( 1 9 3 4 ) ] . F o l l o w i n g t r a n s f o r m a t i o n t o t h e a p h a s e , t h e t e x t u r e 2 8 1 o f t h e B p h a s e w o u l d b e e x p e c t e d t o b e i n h e r i t e d b y t h e o n p h a s e i n a m a n n e r c o n s i s t e n t w i t h t h e B u r g e r s r e l a t i o n s h i p a s h a s b e e n o b s e r v e d p r e v i o u s l y f o r T i - 6 4 [ V r e e l i n g ( 2 0 0 2 ) ] . T h u s a f t e r t h e t r a n s f o r m a t i o n t o t h e o r p h a s e , w h i c h o c c u r r e d d u r i n g t h e c o o l d o w n f r o m t h e B - p h a s e fi e l d , t h e b a s a l p l a n e n o r m a l o f t h e a p h a s e i s e x p e c t e d t o b e e i t h e r 0 ° , 6 0 ° , o r 9 0 ° f r o m t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n , w h i c h i s i n a g r e e m e n t w i t h t h e e x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s . I n a d d i t i o n , t h e l a r g e s t p e a k f o r t h e r e t a i n e d B - p h a s e w a s f o r t h e ( 1 1 0 ) p l a n e . T h i s h a s a l s o b e e n o b s e r v e d i n p r e v i o u s s t u d i e s o f T i - 6 4 [ B i e l e r ( 2 0 0 5 ) , Z e n g ( 2 0 0 5 ) ] . B a s e d o n t h e o r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p a n d t h e s y m m e t r i e s o f t h e c u b i c a n d h e x a g o n a l s t r u c t u r e s , a t o t a l o f 1 2 c r y s t a l l o g r a p h i c a l l y d i s t i n c t v a r i a n t s o f t h e a p h a s e c a n r e s u l t f r o m t h e t r a n s f o r m a t i o n o f a s i n g l e B g r a i n . V a r i a n t s e l e c t i o n w o u l d d i c t a t e h o w m u c h b a s a l p l a n e o r i s 0 ° , 1 0 ° , 6 0 ° , o r 9 0 ° o r i e n t e d . T h e h e p - t o - b c c p h a s e t r a n s f o r m a t i o n i n T i h a s b e e n o b s e r v e d i n - s i t u b y E B S D [ S e w a r d ( 2 0 0 4 ) ] a n d b y n e u t r o n d i f f r a c t i o n t e c h n i q u e s [ L o n a r d e l l i ( 2 0 0 7 ) ] . L o n a r d e l l i e t a l . [ L o n a r d e l l i ( 2 0 0 7 ) ] s t u d i e d t h e t e x t u r e e v o l u t i o n o f B 9 o n p h a s e t r a n s f o r m a t i o n i n T i - 6 4 a l l o y b y i n - s i t u n e u t r o n d i f f r a c t i o n a n d s u g g e s t e d t h a t t h e g r o w t h o f o n d o m a i n s i s c o n t r o l l e d b y h i g h - t e m p e r a t u r e o n o r i e n t a t i o n s i n h e r i t e d f r o m t h e B g r a i n s w i t h B u r g e r s o r i e n t a t i o n r e l a t i o n . T h e X R D p o l e fi g u r e s , F i g u r e 4 . 1 2 , s u g g e s t e d t h a t t h e b a s a l p l a n e w a s p r e d o m i n a t e l y o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s f o r e a c h c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y . I n t h e X R D 2 0 s c a n s ( F i g u r e 4 . 1 1 ) , t h e r a t i o b e t w e e n t h e ( 0 0 0 2 ) p l a n e a n d t h e ( 1 0 - 1 0 ) p l a n e d e c r e a s e d f r o m 2 . 6 ( T i - 6 4 ) 9 2 . 1 ( T i - 6 4 - 0 . 1 B ) 9 1 . 1 ( T i - 6 4 - 1 B ) a s t h e B c o n t e n t i n c r e a s e d i n t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , i n d i c a t i n g t h a t t h e g r e a t e s t f r a c t i o n o f ( 0 0 0 2 ) p l a n e s o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s w e r e f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y , s e e F i g u r e 5 . 1 . I n a g r e e m e n t w i t h t h i s s t u d y , B a d d i t i o n a l s o h a s b e e n 2 8 2 r e p o r t e d t o w e a k e n t h e t e x t u r e o f a T i - 6 4 s o l i d i fi e d i n g o t [ R o y ( 2 0 0 8 ) ] . I t i s u n c l e a r w h y B w e a k e n e d t h e t e x t u r e , a n d t h i s m a y b e a t o p i c o f f u t u r e w o r k . ' 3 1 T I l o + ( 0 0 0 2 ) / ( 1 0 4 0 ) P e a k R a t i o 5 2 . 5 ’ — . 2 5 ¢ 0 . 6 ‘ 2 — é § 1 . 5 L 8 1 l m m 4 O 0 . 2 O 4 0 . 6 0 . 8 1 B c o n t e n t , w t . % F i g u r e 5 . 1 . ( 0 0 0 2 ) / ( 1 0 - 1 0 ) p e a k r a t i o v s . B c o n t e n t f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . T h e d e c r e a s e o f t h i s r a t i o i n d i c a t e s t h e w e a k e n i n g o f t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n . 2 . P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - x B A l l o y s I n g e n e r a l , c r y s t a l l o g r a p h i c t e x t u r e s d e p e n d o n t h e d e g r e e , t h e m o d e , t h e t e m p e r a t u r e o f d e f o r m a t i o n a n d t h e s u b s e q u e n t a n n e a l i n g p r o c e s s . U s u a l l y , f o u r t e m p e r a t u r e r e g i o n s a r e d i s t i n g u i s h e d f o r u n i a x i a l r o l l i n g o f t h e T i - 6 4 a l l o y [ P e t e r s ( 2 0 0 3 ) ] : b e l o w 9 0 0 ° C , p r i m a r i l y b a s a l - t y p e t e x t u r e s f o r m ; a t t e m p e r a t u r e s b e t w e e n 9 0 0 ° C a n d 9 3 0 ° C , n o s t r o n g t e x t u r e s a r e u s u a l l y f o r m e d ; a t t e m p e r a t u r e s j u s t b e l o w t h e B - 2 8 3 t r a n s u s t e m p e r a t u r e , t h e b a s a l c o m p o n e n t o f t h e t e x t u r e d i s a p p e a r s ( l e a v i n g o n l y t h e t r a n s v e r s e c o m p o n e n t ) ; a b o v e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e , a c l a s s i c 1 1 0 c u b i c e x t r u s i o n t e x t u r e f o r m s . T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i n t h i s s t u d y u n d e r w e n t u n i a x i a l r o l l i n g ( 3 r o u n d s , 8 p a s s e s f o r e a c h r o u n d ) a b o v e t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e ( t e m p e r a t u r e d r o p p e d b e l o w t h e B - t r a n s u s t e m p e r a t u r e d u r i n g t h e r o l l i n g p r o c e s s , a s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 ) f o l l o w e d b y a n n e a l i n g a t 7 6 0 ° C . H o w e v e r , n e i t h e r t h e E B S D ( s e e F i g u r e 4 . 1 0 ) n o r t h e X R D a n a l y s i s ( s e e F i g u r e 4 . 1 3 ) i n d i c a t e d a p r o n o u n c e d a - p h a s e t e x t u r e . I n a g r e e m e n t , t h e r o l l i n g p r o c e s s d i d n o t c a u s e a n i s o t r o p y w i t h r e s p e c t t o t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s . H o w e v e r , E B S D a n a l y s i s s u g g e s t e d t h a t t e x t u r e i n t h e T i B p h a s e w a s d e v e l o p e d d u r i n g t h e r o l l i n g p r o c e s s ( s e e F i g u r e s 4 . 1 0 d a n d e ) . T h e l o n g i t u d i n a l a x i s o f t h e T i B p h a s e ( [ 0 1 0 ] d i r e c t i o n ) w a s p r e d o m i n a n t l y o r i e n t e d p a r a l l e l t o t h e r o l l i n g p l a n e . T h i s w a s s u p p o r t e d b y t h e B S E i m a g e s o n t h e t r a n s v e r s e a n d l o n g i t u d i n a l s e c t i o n s o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B p l a t e ( s e e F i g u r e s 4 . 3 a , b , a n d c ) . T h e l o n g i t u d i n a l s e c t i o n s e x h i b i t e d m o r e T i B p h a s e e n d s w h i l e t h e t r a n s v e r s e s e c t i o n s e x h i b i t e d m o r e o f t h e e n t i r e l e n g t h s o f t h e T i B - p h a s e w h i s k e r s . I n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , t h e e x t r u s i o n p r o c e s s a l s o a l i g n e d t h e T i B p h a s e i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n w i t h [ 0 1 0 ] a l i g n e d p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n , s e e F i g u r e 4 . 3 d . T h e r r n o m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g i n t h e B - p h a s e fi e l d a l l o w s r e a s o n a b l y e a s y p l a s t i c fl o w a n d f a c i l i t a t e s r i g i d b o d y r o t a t i o n o f t h e i n t e r m e t a l l i c T i B c a u s i n g a l i g n m e n t a l o n g t h e d i r e c t i o n o f fl o w [ S c h u h ( 2 0 0 1 ) ] . T h e a l i g n m e n t o f t h e T i B p h a s e w a s a l s o o b s e r v e d f o r t h e T i - 6 4 - l . 7 B u s i n g t h e s a m e P M p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] . 2 8 4 S i m i l a r t o t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e ( a t - p h a s e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y b e c a m e s t r o n g l y t e x t u r e d d u r i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e . T h e ( 0 0 0 2 ) p l a n e o f t h e ( a t - p h a s e w a s p r e d o m i n a n t l y p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s i n t h e T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d a l l o y , w h i c h i s i n d i c a t e d i n F i g u r e 4 . 9 ( E B S D a n a l y s i s ) a n d F i g u r e 4 . 1 3 d ( X R D a n a l y s i s ) . T h e l a r g e s t p e a k f o r t h e r e t a i n e d B - p h a s e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y w a s a l s o t h e ( 1 1 0 ) p l a n e . T h e m e c h a n i s m o f t h e a - p h a s e t e x t u r e d e v e l o p m e n t i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s t h e s a m e a s i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — x B a l l o y s , w h i c h w a s d e s c r i b e d p r e v i o u s l y i n t h i s c h a p t e r . T h e p e a k r a t i o b e t w e e n t h e ( 0 0 0 2 ) a n d t h e ( 1 0 - 1 0 ) p l a n e s w a s h i g h e r i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 3 . 4 ) t h a n i n t h e c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 1 . 1 ) , s e e F i g u r e s 4 . 1 1 f a n d 4 . 1 3 d . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e o f t h e a p h a s e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B w a s s t r o n g e r t h a n t h a t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e r e a s o n o f t h i s p h e n o m e n o n i s u n c l e a r a n d t h i s m a y b e a t o p i c o f f u t u r e w o r k . 2 8 5 C . T e n s i l e B e h a v i o r D i s c u s s i o n 1 . T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t A l l o y s F r o m t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h e a s — c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s s h o w n i n T a b l e s 4 . 8 a n d 4 . 9 , a n d F i g u r e 4 . 1 4 , i t i s c l e a r t h a t B a d d i t i o n i n c r e a s e d t h e E v a l u e s a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e T i - 6 4 a l l o y a t 4 5 5 ° C a n d a l s o a t R T . E a r l y w o r k o n T i - 6 4 - 1 . 6 B a l l o y c o n c l u d e d t h a t t h e d o m i n a n t s t r e n g t h e n i n g m e c h a n i s m i s f r o m l o a d s h a r i n g b y T i B w h i s k e r s [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 3 ) ] , b u t t h e B c o n t e n t i n t h a t a l l o y w a s m u c h h i g h e r t h a n i n t h e c u r r e n t s t u d y . S e n e t a l . [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] s t u d i e d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n Y S a n d p r i o r - B g r a i n s i z e f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B ( x = 0 , 0 . 0 5 , 0 . 1 , a n d 0 . 4 ) a l l o y s a n d s u g g e s t e d t h a t t h e H a l l - F e t c h m e c h a n i s m c a n b e d o m i n a n t f o r t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s w i t h l o w B c o n t e n t . S o t h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t i n a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s c a n c o m e f r o m b o t h t h e l o a d s h a r i n g o f t h e T i B p h a s e a n d g r a i n r e fi n e m e n t i n t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e . T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e h i g h e s t 8 f v a l u e ( 1 1 . 8 % ) o f a l l t h e a s - c a s t a l l o y s . T h i s w a s d u e t o t h e g r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t b y B a d d i t i o n a n d i t i m p r o v e d t h e w o r k a b i l i t y o f t h e T i - 6 4 a l l o y [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) ] . H o w e v e r , t h e 8 f v a l u e f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s 2 . 5 % . O b v i o u s l y a n y e x p e c t e d i n c r e a s e o f 8 f t h r o u g h g r a i n r e fi n e m e n t w a s o f f s e t b y t h e l a r g e r v o l u m e o f b r i t t l e T i B w h i s k e r s i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y . I t h a s b e e n f o u n d b y S e n e t a l . [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] t h a t t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 0 5 B a l l o y e x h i b i t e d a R T 8 f V a l u e ( 8 . 5 % ) l e s s t h a n t h a t f o r t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y i n t h e c u r r e n t s t u d y . T h u s 0 . 1 8 m a y b e t h e o p t i m a l B c o n t e n t f r o m a d u c t i l i t y p o i n t o f v i e w . 2 8 6 R e d u c i n g t h e a - c o l o n y s i z e t h r o u g h B a d d i t i o n a l s o p l a y e d a n i m p o r t a n t r o l e o n t h e Y S a n d 8 f v a l u e s . L u t j e r i n g a n d W i l l i a m s [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] s u m m a r i z e d t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n m i c r o s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f a + B a l l o y s . T h e y f o u n d t h a t s m a l l e r a - c o l o n y a n d a - l a t h w i d t h s i z e s i n c r e a s e t h e Y S a n d 8 f v a l u e s . S i n c e t h e a - c o l o n y s i z e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B a n d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s a r e fi n e r t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 ( s e e F i g u r e 5 . 2 ) , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e s e a l l o y s w o u l d e x h i b i t g r e a t e r Y S v a l u e s t h a n T i - 6 4 a n d t h u s ( i t - c o l o n y r e fi n e m e n t w o u l d h a v e b e e n e x p e c t e d t o c o n t r i b u t e d t o t h i s o b s e r v e d s t r e n g t h e n i n g b e h a v i o r . T h e O L - l a t h w i d t h o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s w a s q u i t e s t a b l e a n d i n d e p e n d e n t o f B c o n c e n t r a t i o n , s o t h i s f a c t o r w a s n o t e x p e c t e d t o h a v e s i g n i fi c a n t l y a f f e c t e d t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s . 2 0 0 0 . f I l T i - 6 4 - x B a s - c a s t 1 5 0 0 + P r i o r - B g r a i n s i z e * 4 l " G o - c o l o n y s i z e , u m D . _ . . . . . g 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 B o r o n c o n t e n t , w t % l 0 0 . 2 F i g u r e 5 . 2 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d a - c o l o n y s i z e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] 2 8 7 1 . 2 C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s P r o c e s s i n g p l a y e d a s i g n i fi c a n t r o l e i n a l t e r i n g t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e a l l o y s . T h e c a s t - a n d — e x t r u d e d a l l o y s e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r t e n s i l e s t r e n g t h s t h a n t h e a s - c a s t a l l o y s . T h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y w a s s i m i l a r t o t h a t f o r w r o u g h t s o l u t i o n - t r e a t e d a n d a n n e a l e d T i - 6 4 [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . U n l i k e t h a t f o r t h e a s - c a s t a l l o y s , t h e B - c o n t e n t d i d n o t s i g n i fi c a n t l y a l t e r t h e t e n s i l e s t r e n g t h s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a t 4 5 5 ° C a n d R T , s e e T a b l e s 4 . 8 a n d 4 . 9 . T h i s i s b e l i e v e d t o h a v e b e e n a r e s u l t o f t h e ( i t - p h a s e t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . A s t h e m a j o r i t y t h e m i c r o s t r u c t u r e c o n s i s t e d o f t h e a - p h a s e , t h e t e x t u r e o f t h e a - p h a s e i s a n i m p o r t a n t m i c r o s t r u c t u r a l p a r a m e t e r f o r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s . I f t h e b a s a l p l a n e i s e i t h e r n o r m a l o r p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n / t e n s i l e a x i s , t h e n s l i p a l o n g t h e b a s a l p l a n e i s p r e v e n t e d . T h u s t h i s r e p r e s e n t s a “ h a r d o r i e n t a t i o n ” . A s m e n t i o n e d e a r l i e r i n t h i s c h a p t e r , s m a l l e r a - c o l o n y s i z e a n d a - l a t h w i d t h h a s b e e n s h o w n t o i n c r e a s e Y S a n d 8 f v a l u e s [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e o c - c o l o n y s i z e f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s w a s m u c h s m a l l e r ( b y o v e r a n o r d e r o f m a g n i t u d e ) t h a n t h a t f o r t h e a s — c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s ( s e e F i g u r e s 5 . 2 a n d 5 . 3 ) . T h e a - l a t h w i d t h f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w a s f o u r t i m e s fi n e r t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t a l l o y s , s e e F i g u r e 5 . 4 . T h e s e t w o m i c r o s t r u c t r a l f e a t u r e s c o n t r i b u t e d t o t h e h i g h e r s t r e n g t h f o r e a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s c o m p a r e d w i t h t h e a s - c a s t T i — 6 4 - x B a l l o y s . 2 8 8 L [ , e z i S T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d + P r i o r - B g r a i n s i z e ] " E ‘ o — c o l o n y s i z e \ O a l l 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 B o r o n c o n t e n t , w t % I 1 * F i g u r e 5 . 3 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d 0 t c o l o n y s i z e o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . 2 8 9 4 — e E i r : 1 . , - 3 l I ! ‘ + T i - 6 4 - x B a s - c a s t 3 + T i - 6 4 - x B C E 5 2 — ~ 2 d 1 . l E F F / ” ’ I / I fi J o L l O 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 B o r o n c o n t e n t , w t % ( a ) F i g u r e 5 . 4 . C o m p a r i s o n o f U . l a t h w i d t h b e t w e e n a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s : ( a ) a - l a t h w i d t h v e r s u s B - c o n t e n t , ( b ) B S E S E M i m a g e o f a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y , a n d ( c ) B S E S E M i m a g e o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . 2 9 0 T h e X R D 2 0 p l o t s ( F i g u r e 4 . 1 1 ) s u g g e s t t h a t t h e g r e a t e s t f r a c t i o n o f b a s a l p l a n e s o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e t e n s i l e a x i s w e r e f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y ( t h e p e a k r a t i o b e t w e e n ( 0 0 0 2 ) a n d ( 1 0 — 1 0 ) p l a n e i s t h e h i g h e s t f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y ) . T h e X R D p o l e fi g u r e s ( F i g u r e 4 . 1 2 ) a l s o i n d i c a t e s t h a t t h e T i — 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y i s m o r e s t r o n g l y t e x t u r e d t h a n t h e T i - 6 4 — 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y . I n o t h e r w o r d s , B a d d i t i o n w e a k e n e d t h e t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . T h i s m a y b e t h e r e a s o n w h y t h e B - m o d i fi e d a l l o y s e x h i b i t e d t e n s i l e s t r e n g t h s s i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y . T h a t i s , a n y s t r e n g t h e n i n g f r o m t h e T i B - p h a s e l o a d s h a r i n g i n t h e B - m o d i fi e d a l l o y s m a y h a v e b e e n b a l a n c e d b y t h e s t r o n g e r a - p h a s e t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . 1 T h e i n - s i t u t e n s i l e e x p e r i m e n t a t 4 5 5 ° C ( F i g u r e 4 . 1 7 ) i n d i c a t e d t h a t t h e B - m o d i fi e d a l l o y s e x h i b i t e d g l o b a l y i e l d i n g a b o v e t h e i r r e s p e c t i v e y i e l d s t r e s s e s , a n d l o c a l s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r c r a c k s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s m o r e t h a n 1 5 0 M P a b e l o w t h e i r g l o b a l y i e l d s t r e s s . A s i m i l a r s e q u e n c e o f s u r f a c e d e f o r m a t i o n e v e n t s d u r i n g t e n s i o n h a s b e e n n o t e d a t R T [ B o e h l e r t ( 2 0 0 6 ) ] , w h i c h c o n fi r m s t h a t t h e T i B c r a c k i n g d i d n o t i n h i b i t d u c t i l i t y o f t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s . C r a c k i n i t i a t i o n a t c e r a m i c p a r t i c l e s o r w h i s k e r s a n d p r o p a g a t i o n i n t o T i - 6 4 m a t r i c e s h a s a l s o b e e n o b s e r v e d e l s e w h e r e [ S o b o y e j o ( 2 0 0 4 ) ] . T h e E v a l u e o f o r T i i s s t r o n g l y a n i s o t r o p i c ( F i g u r e 5 . 5 ) [ Z a r k a d e s ( 1 9 7 0 ) ] . T h e E v a l u e i n t h e c - o r i e n t a t i o n i s 1 4 5 G P a a n d t h e E v a l u e i n d i r e c t i o n s p e r p e n d i c u l a r t o t h e c - o r i e n t a t i o n i s 1 0 0 G P a , s e e F i g u r e 5 . 5 . T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s w e r e s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h t h e b a s a l p l a n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h e E v a l u e s 2 9 1 ) 3 a 2 O P G ( E o f t h e s e a l l o y s t e s t e d i n a d i r e c t i o n p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n w e r e t h u s i n c r e a s e d d u e t o t h i s t e x t u r e . F o r e x a m p l e , t h e E v a l u e o f t h e c a s t — a n d — e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y w a s 1 2 5 G P a , w h i l e t h e E v a l u e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 w a s 1 0 7 G P a . I n c r e a s e d B c o n t e n t w o u l d a l s o b e e x p e c t e d t o i n c r e a s e t h e E v a l u e s . H o w e v e r , t h e B a d d i t i o n a l s o w e a k e n e d t h e a p h a s e t e x t u r e f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s ( a s h a s b e e n d e s c r i b e d e a r l y i n t h i s c h a p t e r ) t h e r e b y r e d u c i n g t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e o r . p h a s e t e x t u r e o n t h e E v a l u e i n c r e a s e . T o q u a n t i f y a n d p r e d i c t t h e o c - p h a s e t e x t u r e w e a k e n i n g b y B a d d i t i o n i s i m p o r t a n t , a n d t h i s i s t h e s u b j e c t o f t h e n e x t p a r a g r a p h s . 1 5 0 1 4 0 1 1 0 I 1 0 ° 3 0 ° 6 0 ° 9 0 ° D e c l i n a t i o n a n g l e 7 1 0 0 F i g u r e 5 . 5 . M o d u l u s o f E l a s t i c i t y ( E ) o f o n - T i s i n g l e c r y s t a l s a s a f u n c t i o n o f d e c l i n a t i o n a n g l e . [ Z a r k a d e s ( 1 9 7 0 ) ] 2 9 2 T h e H a l p i n - T s a i m o d e l [ M a l l i c k ( 1 9 8 8 ) ] i s u s e d h e r e t o p r e d i c t t h e E v a l u e o f t h e c o m p o s i t e . T h e p r e d i c t i o n o f t h e c o m p o s i t e E v a l u e w a s g r e a t e r t h a n t h a t m e a s u r e d f o r t h e c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e d e c r e a s e d a - p h a s e t e x t u r e w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t w a s e x p e c t e d t o b e t h e c a u s e f o r t h i s d i s c r e p a n c y . I n t h e H a l p i n - T s a i m o d e l , t h e l o n g i t u d i n a l c o m p o s i t e s t i f f n e s s i s e x p r e s s e d a s : _ 1 + 2 ( l / d ) 7 7 L V f . C L _ m ( 5 . 1 ) l — a n / i n w h i c h _ E f , L — E m 7 7 L _ E ” m a / d ) E . . . ( 5 . 2 ) T h e E m a n d E f a r e t h e Y o u n g ’ s m o d u l u s o f t h e m a t r i x a n d t h e s h o r t - fi b e r - r e i n f o r c e m e n t , r e s p e c t i v e l y . V f i s t h e v o l u m e p e r c e n t o f t h e r e i n f o r c e m e n t . T h e l / d i s t h e a s p e c t r a t i o o f t h e r e i n f o r c e m e n t . T h e s u b s c r i p t C d e n o t e s t h e c o m p o s i t e , a n d s u b s c r i p t L d e n o t e s t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n . I n t h i s s t u d y , t h e s h o r t - fi b e r — r e i n f o r c e m e n t i s t h e T i B w h i s k e r s . T h e R T E v a l u e o f T i B i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n w a s e s t i m a t e d t o b e 4 5 0 G P a [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] . T h e a s p e c t r a t i o ( l / d ) o f T i B w h i s k e r s i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i — 6 4 - l B i s e s t i m a t e d t o b e 1 0 . S i n c e t h e E v a l u e o f t h e T i - 6 4 a l l o y i s n o t r e l a t e d t o g r a i n s i z e o r o r p h a s e m o r p h o l o g y , E v a l u e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y ( 1 0 7 G P a , i n T a b l e 4 . 9 ) w i l l b e u s e d a s E m i n t h e H a l p i n - T s a i e q u a t i o n s . U s i n g t h i s m o d e l , t h e p r e d i c t e d E v a l u e o f t h e T i - 6 4 - 1 B c o m p o s i t e i s 1 4 2 G P a , a s s u m i n g t h e E m = 1 2 5 G P a a s m e a s u r e d i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . T h i s v a l u e i s l a r g e r t h a n t h e m e a s u r e d R T E v a l u e o f t h e c a s t - a n d — e x t r u d e d 2 9 3 T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 1 2 8 G P a ) . T h e d i s c r e p a n c y b e t w e e n t h e e s t i m a t e d a n d m e a s u r e d E v a l u e s i s e x p e c t e d t o b e d u e t o t h e l e s s d e g r e e o f t e x t u r e i n t h e a - p h a s e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y c o m p a r e d t o t h a t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y . T h a t i s , t h e E m v a l u e i n t h e m o d e l ( t a k e n f r o m t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 m e a s u r e m e n t ) o v e r e s t i m a t e d t h e E v a l u e o f t h e m a t r i x i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . I f w e i n p u t t h e m e a s u r e d E v a l u e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i — 6 4 - 1 B a l l o y a s E C L ( i . e . E C L = 1 2 8 G P a ) , w e c a n u s e t h i s m o d e l t o p r e d i c t a n E m v a l u e o f 1 1 0 G P a . T h i s v a l u e a p p e a r s t o b e a r e a s o n a b l e e s t i m a t e o f t h e E v a l u e i n t h e m a t r i x o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B c o m p o s i t e b e c a u s e i t i s l e s s t h a n t h e E v a l u e o f c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y ( 1 2 5 G P a ) , y e t i t i s g r e a t e r t h a n t h e E v a l u e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y ( E = 1 0 7 G P a ) . 1 . 3 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A l t h o u g h t h e a - p h a s e m o r p h o l o g y i n t h e P M r o l l e d ( d u p l e x ) a n d a s - c a s t ( l e n t i c u l a r ) T i - 6 4 - 1 B a l l o y s w a s d i f f e r e n t , t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f e a c h o f t h e s e a l l o y s w a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e ( s e e F i g u r e 4 . 1 9 ) . T h i s r e s u l t i s e x p e c t e d s i n c e s t r e n g t h i s v i r t u a l l y u n a f f e c t e d b y t h e s h a p e o f t h e a p h a s e [ F r o e s ( 2 0 0 4 ) ] . I n a d d i t i o n , t h e E v a l u e s o f t h e s e t w o a l l o y s w e r e q u i t e c l o s e a s w e l l ( s e e T a b l e 4 . 1 0 ) . I n g e n e r a l , d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e s e x h i b i t h i g h e r 8 f v a l u e s c o m p a r e d w i t h fi I l l y - e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h i s m a y b e o n e r e a s o n w h y t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B e x h i b i t e d a h i g h e r 8 f t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t h e P M e x t r u d e d ( e q u i a x e d ) T i - 6 4 - 1 B a l l o y w e r e s i m i l a r t o t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d ( l e n t i c u l a r ) T i - 6 4 - 1 B a l l o y , a l t h o u g h t h e ( r t - p h a s e m o r p h o l o g y i n t h e s e t w o a l l o y s w e r e s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t . 2 9 4 . S t a r t i n g w i t h t h e s a m e p r e - a l l o y e d T i - 6 4 - 1 B p o w d e r , t h e e x t r u s i o n p r o c e s s r e s u l t e d i n a s i g n i fi c a n t l y s t r o n g e r T i — 6 4 - 1 B a l l o y t h a n t h e r o l l i n g p r o c e s s . S i m i l a r t o t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — x B a l l o y s , t h e T i B p h a s e w a s a l i g n e d i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e o r p h a s e o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s a l s o s t r o n g l y t e x t u r e d w i t h t h e b a s a l p l a n e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s , s e e F i g u r e 4 . 1 3 . A s t h e v a s t m a j o r i t y o f t h e m i c r o s t r u c t u r e c o n s i s t e d o f t h e a - p h a s e , t h e t e x t u r e o f t h e a - p h a s e i s a n i m p o r t a n t m i c r o s t r u c t u r a l p a r a m e t e r f o r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s . I f t h e b a s a l p l a n e i s e i t h e r n o r m a l o r p a r a l l e l t o t h e e x t r u s i o n / t e n s i l e a x i s , t h e n s l i p a l o n g t h e b a s a l p l a n e i s p r e v e n t e d . T h u s t h i s r e p r e s e n t s a “ h a r d o r i e n t a t i o n ” . G o r s s e a n d M i r a c l e [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] s t u d i e d t h e i n fl u e n c e o f T i B p h a s e o r i e n t a t i o n o n t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f P M p r o c e s s e d T i — 6 4 / T i B c o m p o s i t e s a t R T a n d 3 0 0 ° C . T h e i r r e s u l t s s h o w t h a t t h e t e n s i l e s t r e n g t h a n d E v a l u e s o f t h e c o m p o s i t e s w i t h a l i g n e d T i B p h a s e w e r e a l w a y s h i g h e r t h a n c o m p o s i t e s w i t h r a n d o m l y - o r i e n t e d T i B p h a s e . T h u s , i n t h e c u r r e n t s t u d y , b o t h t h e a l i g n m e n t o f t h e T i B p h a s e a n d t h e o r - p h a s e t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y c o n t r i b u t e d t o i t s h i g h e r t e n s i l e s t r e n g t h a n d E v a l u e c o m p a r e d w i t h t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . I n a d d i t i o n , t h e s m a l l e r a g r a i n s i z e ( e q u i a x e d ) i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a l s o c o n t r i b u t e d t o i t s h i g h e r s t r e n g t h [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e E v a l u e o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 1 1 7 G P a a t 4 5 5 ° C a n d 1 4 2 G P a a t R T ) w a s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — 1 B a l l o y ( 1 1 3 G P a a t 4 5 5 ° C a n d 1 2 8 G P a a t R T ) . T h i s i s e x p e c t e d t o b e a r e s u l t o f t h e s t r o n g e r ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B c o m p a r e d w i t h t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e E c a l c u l a t i o n s m a d e b a s e d o n t h e H a l p i n - T s a i m o d e l . F o r e x a m p l e , c o n s i d e r i n g t h e E C L v a l u e t o b e 1 4 2 G P a , i n E q u a t i o n 5 . 1 , a n E m v a l u e o f 1 2 5 G P a i s e s t i m a t e d . T h i s v a l u e i s 2 9 5 h i g h e r t h a n t h e E m v a l u e e s t i m a t e d f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 1 1 0 G P a ) . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e X R D s c a n ( F i g u r e s 4 . 1 1 f a n d 4 . 1 3 d ) o n t h e s e t w o a l l o y s , w h i c h i n d i c a t e d t h a t t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s s t r o n g e r t h a n t h a t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y . 1 . 4 T e n s i l e A n i s o t r o p y i n E x t r u d e d T i - 6 4 - x B A l l o y s T h e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n f o r a l l t h e e x t r u d e d a l l o y s ( T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a n d T i - 6 4 - 1 B P M e x t r u d e d ) w a s h i g h e r t h a n t h a t i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , a s h a s b e e n s h o w n i n F i g u r e s 4 . 1 6 a n d 4 . 2 0 . T h i s t e n s i l e a n i s o t r O p y r e s u l t e d f r o m t h e t e x t u r e c a u s e d b y t h e e x t r u s i o n p r o c e s s , w h i c h h a s b e e n d e s c r i b e d i n C h a p t e r 4 . F i g u r e 5 . 6 i n d i c a t e s t h a t t h e t e n s i l e a n i s o t r o p y w a s w e a k e n e d a s t h e B c o n t e n t i n t h e T i - 6 4 a l l o y i n c r e a s e d . A t 4 5 5 ° C , t h e U T S d i f f e r e n c e b e t w e e n l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s d e c r e a s e d f r o m 1 0 3 M P a 9 8 7 M P a 9 3 5 M P a a s t h e B c o n t e n t i n c r e a s e d f r o m 0 w t . % 9 0 . 1 w t % 9 1 w t . % , s e e F i g u r e 5 . 5 a . T h e U T S d i f f e r e n c e a t R T f o l l o w e d t h e s a m e t r e n d . S i m i l a r t o t h e t r e n d o f U T S d i f f e r e n c e , t h e Y S a t 4 5 5 ° C a s w e l l a s a t R T a l s o d e c r e a s e d w i t h t h e i n c r e a s e o f B c o n t e n t ( s e e F i g u r e 5 . 6 b ) . T h i s d e c r e a s i n g t r e n d o f t h e t e n s i l e s t r e n g t h i s r e a s o n a b l e [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] s i n c e t h e X R D d a t a ( F i g u r e 5 . 1 ) i n d i c a t e d t h a t t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n w a s w e a k e n e d b y t h e i n c r e a s i n g B c o n t e n t . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , t h e T i B p h a s e t e n d e d t o c o m p e n s a t e f o r t h e l o s s o f s t r e n g t h i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n d u e t o t h e w e a k e n i n g t e x t u r e o f o r p h a s e . T h u s t h e c o m b i n e d e f f e c t o f b o t h t h e T i B s t r e n g t h e n i n g a n d t h e o r - p h a s e t e x t u r e w e a k e n i n g r e s u l t e d i n t h e l o w e r t h a n e x p e c t e d t e n s i l e a n i s o t r o p y i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . 2 9 6 a g s M . , e c n e l 8 e fi i D S T U 2 m 1 I V ‘ 1 U T 8 d i f f e r e n c e ( U T S L - U T S T ) b e t w e e n L a n d T d i r e c t i o n s 8 o l A l l 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 B c o n t e n t , w t . % ( a ) 2 0 0 I l I I Y S d i f f e r e n c e ( U l ' S L - U T S T ) b e t w e e n L a n d T d i r e c t i o n s { 1 5 0 — S e “ 0 2 $ 1 0 0 E o ( I ) > . 8 ' 4 5 5 ° C o L l I 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 B c o n t e n t , w t . % 0 ? ) F i g u r e 5 . 6 . ( a ) U T S d i f f e r e n c e a n d ( b ) Y S d i f f e r e n c e b e t w e e n l o n g i t u d i n a l ( L ) d i r e c t i o n a n d t r a n s v e r s e ( T ) d i r e c t i o n f o r t h e T i - 6 4 - x B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a t b o t h R T a n d 4 5 5 ° C . T h e t r e n d i n d i c a t e s t h e w e a k e n i n g o f t e n s i l e a n i s o t r o p y d u e t o B a d d i t i o n . 2 9 7 F o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , t h e t e n s i l e a n i s o t r o p y w a s m u c h s t r o n g e r t h a n t h a t o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e U T S d i f f e r e n c e b e t w e e n L a n d T d i r e c t i o n s w a s 9 7 M P a a n d 1 6 7 M P a a t 4 5 5 ° C a n d R T , r e s p e c t i v e l y ( F i g u r e 4 . 2 0 ) . T h e Y S d i f f e r e n c e b e t w e e n L a n d T d i r e c t i o n s w a s 5 8 M P a a n d 8 2 M P a a t 4 5 5 ° C a n d R T , r e s p e c t i v e l y . T h e r e a s o n f o r t h i s r e s u l t i s t h a t t h e o c - p h a s e t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s m u c h s t r o n g e r : t h e ( 0 0 0 2 ) / ( 1 0 - 1 0 ) r a t i o i s 3 . 4 c o m p a r e d w i t h 1 . 1 f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y d i d n o t e x h i b i t t e n s i l e a n i s o t r o p y ( F i g u r e 4 . 2 0 ) . T h e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n w a s a s h i g h a s i n t h e l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n ( a l s o c l o s e t o t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y ) s i n c e t h e r e w a s n o t a s t r o n g a — p h a s e t e x t u r e d e v e l o p e d d u r i n g t h e r o l l i n g p r o c e s s . T h e R T t e n s i l e d a t a r e p o r t e d b y S c h w e n d i m a n [ S c h w e n d i m a n ( 2 0 0 7 ) ] o n t h e e x a c t s a m e m a t e r i a l ( P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y c u t f r o m t h e s a m e r o l l e d p l a t e ) a l s o i n d i c a t e s t h a t t h e l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s h a v e c o m p a r a b l e t e n s i l e p r o p e r t i e s . D u r i n g t h e i n - s i t u t e n s i l e t e s t s f o r t h e e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , d e b o n d i n g n o t o b s e r v e d , i n d i c a t i n g a s t r o n g i n t e r f a c e b o n d i n g b e t w e e n t h e T i B p h a s e a n d t h e T i - 6 4 m a t r i x ( s e e F i g u r e 5 . 7 ) . T h i s p h e n o m e n o n i s c o n s i s t e n t w i t h o b s e r v a t i o n s b y G o r s s e a n d M i r a c l e [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] . 2 9 8 . . . . J . 2 0 p m F i g u r e 5 . 7 . S E S E M i m a g e s o f a P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y t e s t e d i n t r a n s v e r s e d i r e c t i o n . ( a ) L o w m a g n i fi c a t i o n i m a g e , a n d ( b ) h i g h m a g n i fi c a t i o n i m a g e . I m a g e s w e r e t a k e n c l o s e t o t h e f r a c t u r e s u r f a c e . N o t i c e t h a t t h e T i B p h a s e c r a c k e d e x t e n s i v e l y b u t t h e r e w a s n o d e b o n d i n g b e t w e e n T i B a n d T i - 6 4 m a t r i x . 2 9 9 I n s u m m a r y , t h e t e n s i l e s t r e n g t h i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n f o r t h e e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s i s l o w e r t h a n i n t h e l o n g i t u d i n a l e x t r u s i o n d i r e c t i o n . H o w e v e r , i t i s s t i l l m u c h h i g h e r t h a n t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a n d T i - 6 4 a l l o y s a t b o t h 4 5 5 ° C a n d R T . ( F o r a s - c a s t T i - 6 4 - l B a l l o y , U T S w a s 6 1 4 M P a [ 4 5 5 ° C ] a n d 1 0 4 5 M P a [ R T ] ; f o r a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y , U T S w a s 4 3 5 M P a [ 4 5 5 ° C ] a n d 9 0 0 M P a [ R T ] ) . T h e B a d d i t i o n a n d p r o c e s s i n g d i d n o t d e g r a d e t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s i n e i t h e r t h e l o n g i t u d i n a l o r t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n c o m p a r e d w i t h t h e b a s e l i n e T i - 6 4 a l l o y . T h u s , t h e e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s h a v e t h e p o t e n t i a l t o r e p l a c e T i - 6 4 f o r b o t h e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e a n d R T s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s . 3 0 0 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m F o r t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f a s - c a s t T i — 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s s h o w n i n T a b l e s 4 . 1 1 a n d F i g u r e 4 . 2 1 , i t i s c l e a r t h a t B a d d i t i o n i n c r e a s e d t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e T i - 6 2 4 2 8 a l l o y . L a r g e r B c o n t e n t s l e d t o h i g h e r Y S a n d U T S a t 4 5 5 ° C . T h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t b y B a d d i t i o n c a m e f r o m l o a d s h a r i n g b y T i B w h i s k e r s , w h i c h i s s i m i l a r t o t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 3 ) ] . S i n c e t h e B a d d i t i o n a l s o r e d u c e d t h e a s - c a s t g r a i n s i z e o f t h e T i - 6 2 4 2 S a l l o y s y s t e m ( s e e F i g u r e 5 . 8 ) , t h e H a l l - F e t c h m e c h a n i s m a l s o c o n t r i b u t e d t o t h e s t r e n g t h e n i n g . T h i s m e c h a n i s m w a s s u g g e s t e d b y S e n 6 ! a l . [ S e n ( 2 0 0 7 ) ] i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B ( x = 0 , 0 . 0 5 , 0 . 1 , a n d 0 . 4 ) a l l o y s . F o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m , T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e h i g h e s t 8 f v a l u e ( 1 0 . 3 % ) . T h i s w a s d u e t o t h e g r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t b y B a d d i t i o n a n d i t i m p r o v e d t h e w o r k a b i l i t y o f t h e T i - 6 2 4 2 S a l l o y [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 6 ) ] . H o w e v e r , w h e n t h e B c o n t e n t w a s h i g h e r , t h e 8 f v a l u e f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s d e c r e a s e d . T h e i n c r e a s e o f 8 f b y g r a i n r e fi n e m e n t w a s o f f s e t b y l a r g e a m o u n t o f b r i t t l e T i B w h i s k e r s , w h i c h i s s i m i l a r t o t h e s i t u a t i o n i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . S i n c e B a d d i t i o n a l s o r e d u c e d t h e a - c o l o n y s i z e i n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S a l l o y s y s t e m ( s e e F i g u r e 5 . 8 ) . T h i s i s a l s o c o n s i d e r e d t o h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e s t r e n g t h e n i n g [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e a - l a t h w i d t h o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s w a s q u i t e s t a b l e a n d i n d e p e n d e n t o f B c o n c e n t r a t i o n , s o t h i s f a c t o r w a s n o t e x p e c t e d t o h a v e a f f e c t e d t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s . 3 0 1 3 E 6 1 5 D . ( 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 L l l ] L 3 0 7 — 7 r I ] E 1 ‘ . 4 0 . 2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I . 4 0 o _ L 6 _ _ _ _ _ _ _ 0 _ . 1 _ 8 T i - 6 2 4 2 8 - x B a s - c a s t ’ 5 ‘ P r i o r - B g r a i n s i z e * " G o - c o l o n y s i z e B o r o n c o n t e n t , w t % F i g u r e 5 . 8 . E f f e c t o f B a d d i t i o n o n t h e p r i o r - B g r a i n s i z e a n d o r c o l o n y s i z e o f a s — c a s t T i - 6 4 a l l o y . [ T a m i r i s a k a n d a l a ( 2 0 0 5 ) ] T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e n g t h s o f t h e T i — 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s ( T a b l e 4 . 1 1 ) w e r e s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r t h a n t h o s e f o r t h e T i - 6 4 — x B s y s t e m ( T a b l e 4 . 8 ) a t a g i v e n B c o n c e n t r a t i o n . T h e 8 f v a l u e s f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 a l l o y w a s s l i g h t l y l a r g e r t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y , w h i l e t h e a l l o y s c o n t a i n i n g 1 w t . % B e x h i b i t e d s i m i l a r 8 f v a l u e s . T h u s B c o n c e n t r a t i o n s o f 0 . 4 w t . % o r m o r e r e s u l t s i n 8 f v a l u e s l e s s t h a n 2 . 5 % f o r b o t h T i - 6 2 4 2 8 - x B a n d T i - 6 4 - x B c a s t i n g s . T h e g r e a t e s t 8 f v a l u e s f o r b o t h a l l o y s y s t e m s w e r e o b s e r v e d f o r 0 . 1 w t . % B a d d i t i o n s . T h e t e n s i l e - d e f o r m a t i o n b e h a v i o r i n b o t h o f t h e T i - 6 2 4 Z S - x B a n d T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m s w a s s i m i l a r . T h e a l l o y s e x h i b i t e d g l o b a l y i e l d i n g a b o v e t h e i r r e s p e c t i v e y i e l d s t r e s s e s a n d s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s 3 0 2 w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r c r a c k s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s m o r e t h a n 1 0 0 M P a b e l o w t h e i r g l o b a l y i e l d s t r e s s . 3 0 3 D . F a t i g u e B e h a v i o r D i s c u s s i o n 1 . T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t A l l o y s T h e i m p r o v e d a v e r a g e f a t i g u e l i v e s o f t h e B - m o d i fi e d a l l o y s c o m p a r e d w i t h T i - 6 4 i s b e l i e v e d t o b e d u e t o t h e m i c r o s t r u c t u r a l d i f f e r e n c e s . T i - 6 4 e x h i b i t s s u p e r i o r h i g h - c y c l e s m o o t h b a r f a t i g u e l i v e s w h e n t h e s l i p l e n g t h i s s m a l l [ P e t e r s ( 1 9 8 1 ) , S t u b b i n g t o n ( 1 9 7 4 ) , W i l l i a m s ( 1 9 8 1 ) ] . S i n c e a g r a i n b o u n d a r y c a n a c t a s a n e f f e c t i v e o b s t a c l e t o d i s l o c a t i o n m o t i o n , r e d u c i n g t h e a s - c a s t g r a i n s i z e o f T i — 6 4 a l l o y w i l l h e l p r e d u c e t h e d i s l o c a t i o n s l i p l e n g t h . F i g u r e 5 . 9 i l l u s t r a t e s a l a r g e r d i s l o c a t i o n d e n s i t y a t t h e g r a i n b o u n d a r y a r e a o f a f a t i g u e - t e s t e d a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y . F i g u r e 5 . 9 c i l l u s t r a t e s a d i s l o c a t i o n a r r a y p i l e d u p a t t h e g r a i n b o u n d a r y . L a r g e d i s l o c a t i o n d e n s i t i e s w e r e o n l y O b s e r v e d i n t h e a r e a c l o s e t o g r a i n b o u n d a r i e s . I n t h e c u r r e n t s t u d y , t h e B a d d i t i o n s r e d u c e d t h e a s - c a s t g r a i n s i z e b y a l m o s t a n o r d e r o f m a g n i t u d e a n d a s i g n i fi c a n t d e c r e a s e i n t h e o r c o l o n y s i z e w a s a l s o o b s e r v e d . T h i s g r a i n r e fi n e m e n t c o u l d h a v e s i g n i fi c a n t l y e n h a n c e d t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e . T h e s m a l l e r o c - c o l o n y s i z e h a s b e e n s h o w n t o b e b e n e fi c i a l t o t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e f a t i g u e s t r e n g t h o f T i - 6 4 h a s b e e n d i r e c t l y c o r r e l a t e d t o t h e g r a i n s i z e d e p e n d e n t ( o n g r a i n s i z e o r o r - l a t h w i d t h ) y i e l d s t r e s s [ W a g n e r ( 2 0 0 3 ) ] . I n a d d i t i o n , t h e T i B w h i s k e r s w e r e e x p e c t e d t o h a v e e f f e c t i v e l y d e c r e a s e d t h e s l i p l e n g t h ( a n d i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n ) c o m p a r e d t o t h e T i - 6 4 a l l o y a n d t h e r e b y i n c r e a s e d t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e . T h i s p h e n o m e n o n w a s o b s e r v e d i n P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , w h i c h w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r . T h e s m a l l c h a n g e i n c t — l a t h w i d t h o b s e r v e d i n t h e c u r r e n t s t u d y w a s n o t e x p e c t e d t o h a v e h e l d a s p r o m i n e n t o f a n e f f e c t o n t h e f a t i g u e l i v e s s i n c e i t o n l y v a r i e d t o a s m a l l d e g r e e ( l e s s t h a n 0 . 7 p m ) . 3 0 4 F i g u r e 5 . 9 . T E M b r i g h t fi e l d i m a g e o f a f a t i g u e - t e s t e d a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( N ¢ = 1 4 , 1 2 0 c y c l e s , o m a x = 4 5 0 M P a ) . ( a ) G r a i n b o u n d a r y a r e a ( T i B p h a s e c a n b e s e e n ) , ( b ) H i g h e r m a g n i fi c a t i o n i m a g e i n t h e s o l i d r e c t a n g l e o f ( a ) , a l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s c a n b e s e e n , a n d ( c ) H i g h e r m a g n i fi c a t i o n i m a g e i n t h e b r o k e n r e c t a n g l e o f ( a ) , d i s l o c a t i o n s p i l e d u p a t t h e g r a i n b o u n d a r y . 3 0 5 T h e 0 . 1 B a d d i t i o n r e s u l t e d i n a s i g n i fi c a n t a s - c a s t g r a i n s i z e r e d u c t i o n fi o m 1 7 0 0 p m f o r T i - 6 4 t o 2 0 0 p m f o r T i - 6 4 - O . l B . I t a l s o r e s u l t e d i n i n c r e a s e d 8 f c o m p a r e d t o t h e o t h e r a l l o y s s t u d i e d ( s e e T a b l e s 4 . 8 a n d 4 . 9 ) . F o r m a x i m u m s t r e s s e s g r e a t e r t h a n 4 0 0 M P a , m o s t o f t h e f a t i g u e l i v e s p r e s e n t e d h e r e w e r e c o n s i d e r e d t o b e i n t h e l o w - c y c l e - f a t i g u e ( L C F ) r e g i m e ( < 1 0 0 , 0 0 0 c y c l e s ) w h e r e g r e a t e r 8 f a n d d a m a g e t o l e r a n c e t e n d s t o c o r r e s p o n d t o g r e a t e r f a t i g u e l i v e s [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . T h u s t h e s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r 8 f v a l u e o f t h e T i - 6 4 - 0 . l B a l l o y ( 1 1 . 8 % a t 4 5 5 ° C ) c o m p a r e d w i t h t h a t f o r T i - 6 4 - 1 B ( 2 . 5 % a t 4 5 5 ° C ) i s e x p e c t e d t o h a v e e n h a n c e d i t s f a t i g u e l i f e . T h i s m a y b e r e l a t e d t o t h e l o n g e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s o f t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y t h a n t h o s e o f t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y . C o m p a r i n g t h e S N b e h a v i o r o f t h e B - c o n t a i n i n g a l l o y s ( F i g u r e 4 . 2 6 a ) , t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y s i g n i fi c a n t l y o u t p e r f o r m e d t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t h i g h s t r e s s e s ( L C F r e g i m e ) , w h i l e t h e N f v a l u e s w e r e c l o s e r a t l o w e r a p p l i e d s t r e s s e s . F o r m a x i m u m a p p l i e d s t r e s s e s l e s s t h a n 4 0 0 M P a , m o s t o f t h e N f v a l u e s w e r e c o n s i d e r e d t o b e i n t h e h i g h - c y c l e - f a t i g u e ( H C F ) r e g i m e ( > 1 0 0 , 0 0 0 c y c l e s ) w h e r e i n c r e a s e d t e n s i l e s t r e n g t h t e n d s t o c o r r e s p o n d t o g r e a t e r f a t i g u e l i v e s a n d g r e a t e r f a t i g u e e n d u r a n c e l i m i t s o r t h r e s h o l d s [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . T h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e g r e a t e s t t e n s i l e s t r e n g t h a n d t h e l o w e s t 8 f v a l u e a t 4 5 5 ° C ( s e e T a b l e 4 . 8 ) . T h u s t h e i n c r e a s e d s t r e n g t h o f t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s s i m i l a r l y c o r r e l a t e d w i t h t h e N f v a l u e s i n t h e H C F r e g i m e b e i n g c l o s e r t o t h o s e f o r T i - 6 4 - 0 . 1 B . T h e l o a d s h a r i n g b y t h e T i B p h a s e w a s e x p e c t e d t o b e r e s p o n s i b l e f o r t h e g r e a t e r a v e r a g e f a t i g u e , l i v e s o f T i - 6 4 - 1 B c o m p a r e d w i t h t h o s e f o r T i - 6 4 . S i n c e t h e s t r e n g t h ( 8 . 0 G P a [ B o e h l e r t ( 2 0 0 9 ) ] a n d E ( 4 7 0 ~ 4 8 5 G P a [ G o r s s e ( 2 0 0 3 ) ] ) o f t h e T i B p h a s e a r e S i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e f o r t h e a a n d B p h a s e s , m u c h o f t h e l o a d p l a c e d o n t h e 3 0 6 a l l o y w a s s u p p o r t e d b y t h e T i B p h a s e . A s a c o n s e q u e n c e o f t h e l o a d - s h a r i n g b y t h e T i B p h a s e , t h e s t r e s s i n t h e o r a n d B p h a s e s i s l o w e r . T h e h i g h l y - l o a d e d T i B p h a s e c a n b r e a k a t l o c a t i o n s w h e r e s t r e s s e s a r e l a r g e a n d w h e r e f l a w s d e v e l o p e d . L o a d s h a r i n g w a s a l s o e x p l a i n e d t o b e t h e r e a s o n f o r t h e i n c r e a s e d c r e e p r e s i s t a n c e o f B - m o d i fi e d T i - 6 4 c a s t a l l o y s c o m p a r e d w i t h T i - 6 4 c a s t i n g s , w h i c h w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r i n t h i s c h a p t e r . I t i s a l s o n o t e d t h a t t h e f a t i g u e f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e T i - 6 4 - O . 1 B a s - c a s t a l l o y w a s m u c h r o u g h e r t h a n t h a t o f t h e T i — 6 4 - 1 B a s - c a s t a l l o y , w h i c h i m p l i e s a m o r e t o r t u o u s a n d l o n g e r c r a c k f r o n t i n t h e T i - 6 4 - O . 1 B a s - c a s t a l l o y . H e n c e t h e c r a c k d r i v i n g f o r c e p e r u n i t l e n g t h o f t h e c r a c k f r o n t w i l l b e s m a l l e r t h a n f o r t h e fl a t t e r c r a c k f r o n t i n t h e T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t a l l o y . T h i s m a y h a v e c o n t r i b u t e d t o t h e e n h a n c e d f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t a l l o y s i n c e t h e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e o f a m a t e r i a l w i t h a t o r t u o u s c r a c k f r o n t w i l l b e l a r g e r t h a n t h a t f o r a m a t e r i a l w i t h a fl a t c r a c k f r o n t [ S c h i j v e ( 2 0 0 9 ) ] . 1 . 2 C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s C o m p a r i n g F i g u r e 5 . 2 a n d 5 . 3 , t h e g r a i n s i z e a n d a c o l o n y s i z e f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s a r e m u c h fi n e r t h a n f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . F i g u r e 5 . 4 a l s o i n d i c a t e s t h a t t h e o r l a t h w a s f o u r t i m e s fi n e r t h a n t h e a s c a s t a l l o y s . T h e s e m i c r o s t r u c t r a l f e a t u r e s a r e e x p e c t e d t o c a u s e s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e d f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e a - p h a s e t e x t u r e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w a s e x p e c t e d t o b e t h e p r i m a r y r e a s o n s f o r t h e i n c r e a s e d f a t i g u e s t r e n g t h o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s c o m p a r e d t o t h e a s - c a s t a l l o y s . T h e t e x t u r e o f t h e a n i s o t r o p i c ( r t - p h a s e i s c r i t i c a l t o i t s m e c h a n i c a l b e h a v i o r . A t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , t h e o r p h a s e d e f o r m s d u e t o ‘ a ’ a n d s o m e 3 0 7 ‘ c + a ’ s l i p , w h e r e ‘ a ’ s l i p i s a l w a y s d o m i n a n t f o r o r - T i [ W a g n e r ( 2 0 0 3 ) ] . P a t o n e t a l . [ P a t o n ( 1 9 7 6 ) ] i n v e s t i g a t e d t h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f t h e c r i t i c a l r e s o l v e d s h e a r s t r e s s ( C R S S ) f o r s l i p w i t h ‘ a ’ a n d ‘ c + a ’ B u r g e r s v e c t o r s i n s i n g l e c r y s t a l s o f T i - 6 . 6 A l , s e e F i g u r e 5 . 1 0 . I t w a s s h o w n t h a t a t 4 5 5 ° C , t h e C R S S f o r ‘ c + a ’ s l i p i s a p p r o x i m a t e l y 4 0 0 M P a , w h i c h i s h i g h e r t h a n t h e 1 0 0 M P a f o r ‘ a ’ s l i p [ P a t o n ( 1 9 7 6 ) ] . W h e n t h e b a s a l p l a n e i s p e r p e n d i c u l a r t o t h e t e n s i l e a x i s , a s w a s t h e c a s e f o r t h e t e x t u r e d c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e ‘ a ’ s l i p i s p r e v e n t e d . T h u s f a t i g u e d e f o r m a t i o n i s o n l y p o s s i b l e i n ‘ c + a ’ s l i p f o r t h i s c a s e . T h i s i s e x p e c t e d t o b e a m a j o r r e a s o n f o r t h e i n c r e a s e d f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e c a s t - a n d — e x t r u d e d a l l o y s c o m p a r e d t o t h e a s - c a s t a l l o y s , w h i c h w e r e n o t a s s t r o n g l y t e x t u r e d . T h e e x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e d t h a t f o r a l l t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e T i - 6 4 a l l o y e x h i b i t e d t h e h i g h e s t p r e f e r e n c e f o r t h e ( i t - p h a s e t o b e o r i e n t e d a t 9 0 ° w i t h r e s p e c t t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h i s i s b e l i e v e d t o b e t h e r e a s o n f o r i t s e n h a n c e d f a t i g u e r e s i s t a n c e c o m p a r e d w i t h t h e B - c o n t a i n i n g c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . T h u s v a r i a n t s e l e c t i o n m a y h a v e b e e n i n fl u e n c e d b y t h e B c o n t e n t a n d c a u s e d d i f f e r e n t ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e s t r e n g t h o f a - p h a s e . A l t h o u g h i t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t t h e o c - c o l o n y s i z e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e f a t i g u e c r a c k g r o w t h b e h a v i o r [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] , i t w a s d i f fi c u l t t o i s o l a t e t h e e f f e c t o f t h e d e c r e a s i n g o c - c o l o n y s i z e ( w h i c h d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t ) o n t h e f a t i g u e l i v e s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . 3 0 8 o c + a s l i p 8 0 ° ° 0 b a s a l s l i p E l ‘ A p r i s m s l i p g 6 0 0 : 3 4 0 0 _ D : o F 2 0 0 [ — 0 F l l l l I I l l l 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 T e m p e r a t u r e ( K ) F i g u r e 5 . 1 0 . T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f C R S S f o r s l i p w i t h ‘ a ’ a n d ‘ c + a ’ v e c t o r s i n s i n g l e c r y s t a l s o f T i - 6 . 6 A l . [ P a t o n ( 1 9 7 6 ) ] 1 . 3 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s A s h a s b e e n d e s c r i b e d p r e v i o u s l y i n C h a p t e r 4 , t h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s e x h i b i t e d b e t t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e t h a n t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s ( F i g u r e 4 . 3 9 ) . T h e P M e x t r u d e d a l l o y e x h i b i t e d e x t r a o r d i n a r y f a t i g u e p e r f o r m a n c e c o m p a r e d w i t h a l l o t h e r a l l o y s , b u t i t s t e n s i l e s t r e n g t h i s a b o u t t h e s a m e a s t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y . A l t h o u g h t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s m u c h l o w e r t h a n t h a t o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , i t s a v e r a g e f a t i g u e l i v e s w a s s t i l l h i g h e r t h a n t h a t o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y . I n g e n e r a l , t h e r e a r e s e v e r a l m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e s t h a t i m p r o v e t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f T i a l l o y s . F i r s t a n d f o r e m o s t , P M p r o c e s s i n g i n d u c e d a n e q u i a x e d a g r a i n a n d t h i s r e s u l t e d i n e n h a n c e d 3 0 9 f a t i g u e l i v e s c o m p a r e d t o c a s t m e t a l l u r g y . I t i s w e l l e s t a b l i s h e d t h a t l o w - c y c l e f a t i g u e ( L C F ) b e h a v i o r i s f a v o r e d b y e q u i a x e d 0 t m o r p h o l o g y [ F r o e s ( 2 0 0 4 ) ] a n d s m a l l e r g r a i n s i z e ( e q u i a x e d o r ) r e s u l t s i n b e t t e r f a t i g u e p r o p e r t i e s [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . T h e e q u i a x e d o n g r a i n s i z e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 3 . 6 p m ) i s m u c h s m a l l e r t h a n t h a t i n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 7 . 4 p m ) . T h i s i s o n e r e a s o n w h y t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f P M e x t r u d e d a l l o y w a s s u p e r i o r t o t h e P M r o l l e d a l l o y . I t h a s b e e n r e p o r t e d t h a t r e d u c i n g t h e e q u i a x e d o n g r a i n s i z e i n T i - 6 4 a l l o y f r o m 1 2 t o 2 p m i n c r e a s e d f a t i g u e s t r e n g t h f r o m 5 6 0 t o 7 2 0 M P a [ P e t e r s ( 1 9 8 3 ) , T r o j a h n ( 1 9 8 0 ) ] . S e c o n d l y , t h e ( r t - t e x t u r e ( b a s a l p l a n e p e r p e n d i c u l a r t o t e n s i l e a x i s ) a l s o e n h a n c e d t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , w h i c h i s s i m i l a r t o t h e s i t u a t i o n i n c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . A s h a s b e e n d e s c r i b e d e a r l i e r i n t h i s c h a p t e r , t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e o f t h e a p h a s e i n t h e P M e x t r u d e d T i — 6 4 - 1 B w a s s t r o n g e r t h a n t h a t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h i s s t r o n g e r t e x t u r e l e a d s t o l e s s d i s l o c a t i o n a c t i v i t y a n d t h u s e n h a n c e d t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B c o m p a r e d t o t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . I n a d d i t i o n , t h e T i B w h i s k e r s d e c r e a s e d t h e s l i p l e n g t h ( b y i m p e d i n g d i s l o c a t i o n m o t i o n ) . F i g u r e 5 . 1 1 i l l u s t r a t e s t h a t l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s w e r e t r a p p e d b e t w e e n t w o T i B w h i s k e r s i n t h e f a t i g u e t e s t e d P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . 3 1 0 F i g u r e 5 . 1 1 . T E M b r i g h t fi e l d i m a g e o f a f a t i g u e - t e s t e d P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( N f = 1 2 , 9 9 8 c y c l e s , C m a x = 6 0 0 M P a ) . L a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s w e r e t r a p p e d b e t w e e n t w o T i B w h i s k e r s . H e r t z b e r g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] s u m m a r i z e d t h e p r o c e s s i n g e f f e c t o n t h e R T f a t i g u e p r o p e r t i e s o f T i - 6 4 a l l o y , s e e F i g u r e 5 . 1 2 . T h e w r o u g h t m a t e r i a l e x h i b i t e d t h e g r e a t e s t f a t i g u e s t r e n g t h , f o l l o w e d b y H I P p e d p r e — a l l o y e d p o w d e r a n d c a s t a l l o y s . F r o m t h i s p l o t , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e w r o u g h t T i - 6 4 a l l o y u s i n g p r e - a l l o y e d p o w d e r w o u l d h a v e e v e n b e t t e r f a t i g u e p r o p e r t i e s t h a n t h e w r o u g h t a l l o y . T h e f o l l o w i n g o r d e r r a n k s t h e p r o c e s s i n g e f f e c t s o n t h e f a t i g u e l i v e s o f t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t 4 5 5 ° C f r o m g r e a t e s t 3 1 1 f a t i g u e s t r e n g t h t o w e a k e s t f a t i g u e s t r e n g t h : P M e x t r u d e d > P M r o l l e d > c a s t - a n d - e x t r u d e d > a s - c a s t . T h i s f o l l o w s a s i m i l a r t r e n d t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 a l l o y a t R T . 1 2 0 0 ' T i r G A l 4 V , T Y P I C A L D A T A N A X I A L F A T I G U E - 1 6 0 E S M O O T H , R O O M T E M P . 2 b R 3 + 0 . 1 7 - I E A N N E A L E D . 8 0 0 . . 1 H . 1 1 2 0 ‘ 0 W R O U G H T ( D r 4 ' 0 3 [ E l i ] r - P R E A L L O Y E D . 1 8 0 ! 5 . ) “ L L j p o w o e n ( H I P ) g 4 0 0 r - L L 5 : 1 5 : 1 5 ” t h P O W D E R 1 C A S T 4 0 g - 1 H 2 3 1 I J _ _ r ’ 1 1 r 0 1 o 1 0 4 1 0 5 1 o 6 1 0 7 C Y C L E S T O F A I L U R E F i g u r e 5 . 1 2 . T y p i c a l R T f a t i g u e d a t a f o r T i - 6 4 a l l o y w i t h d i f f e r e n t p r o c e s s i n g [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] 3 1 2 t h e f a t i g u e r e s i s t a n c e . T h e a - l a t h w i d t h m i g h t a l s o p l a y a r o l e i n t h e f a t i g u e l i v e s . F o r 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B A l l o y S y s t e m S m a l l B a d d i t i o n s r e s u l t e d i n a s i g n i fi c a n t a s - c a s t g r a i n s i z e r e d u c t i o n f r o m 5 5 0 p m f o r T i - 6 2 4 2 8 t o 7 5 p m f o r T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B . I t a l s o r e s u l t e d i n a n i n c r e a s e i n t h e 8 f v a l u e ( s e e T a b l e 4 . 1 1 ) . F o r m a x i m u m a p p l i e d f a t i g u e s t r e s s e s g r e a t e r t h a n 4 0 0 M P a , m o s t o f t h e f a t i g u e l i v e s p r e s e n t e d h e r e w e r e c o n s i d e r e d t o b e i n t h e l o w - c y c l e - f a t i g u e r e g i m e ( < 1 0 0 , 0 0 0 c y c l e s ) w h e r e t h e g r e a t e r t h e a l l o y ’ s 8 f a n d d a m a g e t o l e r a n c e t e n d s t o c o r r e s p o n d t o g r e a t e r f a t i g u e l i v e s [ S a n s o z ( 2 0 0 3 ) ] . T h u s t h e s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r 8 f v a l u e o f t h e T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B a l l o y c o m p a r e d w i t h t h a t f o r T i - 6 2 4 2 S - I B i s e x p e c t e d t o h a v e e n h a n c e d i t s f a t i g u e l i f e . T h i s m a y e x p l a i n w h y t h e a v e r a g e f a t i g u e l i v e s o f T i - 6 2 4 2 8 — 0 . 1 B w e r e l o n g e r t h a n t h o s e f o r T i - 6 2 4 2 8 - 0 . 4 B a n d T i - 6 2 4 2 S - 1 B . I n p a r t i c u l a r , t h e p o o r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e o f t h e T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y w a s n o t e w o r t h y . T h e h i g h e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s o f t h e T i - 6 2 4 2 S - 0 . 1 B a l l o y c o m p a r e d w i t h T i - 6 2 4 2 8 i s p r o b a b l y d u e t o t h e c o m b i n a t i o n o f t h e s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e d t e n s i l e s t r e n g t h a n d 8 f v a l u e s e x h i b i t e d b y t h e T i - 6 2 4 2 8 — 0 . 1 B a l l o y . T h e B e f f e c t o n f a t i g u e l i v e s f o r t h e " T i - 6 2 4 2 8 a l l o y s y s t e m i s s i m i l a r t o t h a t f o r t h e T i - 6 4 a l l o y s y s t e m . I n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m , B a d d i t i o n s a l s o r e d u c e d t h e a s - c a s t g r a i n s i z e a n d a c o l o n y s i z e s i g n i fi c a n t l y . T h i s g r a i n r e fi n e m e n t i s e x p e c t e d t o h a v e c o n t r i b u t e d t o b o t h t h e i n c r e a s e d t e n s i l e a n d f a t i g u e s t r e n g t h , w h i c h i s s i m i l a r t o t h e s i t u a t i o n i n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s . I n a d d i t i o n , t h e T i B w h i s k e r s w e r e e x p e c t e d t o h a v e e f f e c t i v e l y d e c r e a s e d t h e s l i p l e n g t h ( a n d i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n ) c o m p a r e d t o t h e T i - 6 2 4 2 8 a l l o y a n d t h e r e b y i n c r e a s e d t h e B - c o n t a i n i n g a l l o y s , t h e 0 . 1 3 a l l o y e x h i b i t e d t h e fi n e s t a - l a t h w i d t h s i z e a n d t h i s 3 1 3 a l l o y e x h i b i t e d t h e g r e a t e s t a v e r a g e f a t i g u e l i v e s , w h i l e t h e 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e g r e a t e s t a - l a t h w i d t h a n d t h e l o w e s t a v e r a g e f a t i g u e l i v e s . I t i s n o t e d t h a t M c B a g o n l u r i e t a l . [ M c B a g o n l u r i ( 2 0 0 5 ) ] s t u d i e d t h e f a t i g u e c r a c k g r t h b e h a v i o r f o r e q u i a x e d a n d l e n t i c u l a r T i - 6 2 4 2 8 m i c r o s t r u c t u r e s a n d t h e y f o u n d t h a t t h e l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e , w h i c h h a d s i g n i fi c a n t l y fi n e r a — l a t h w i d t h s , e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y l o w e r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r a t e s . A l t h o u g h i t h a s b e e n s u g g e s t e d t h a t t h e a - c o l o n y s i z e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e f a t i g u e c r a c k g r o w t h b e h a v i o r [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] , i t w a s d i f fi c u l t t o i s o l a t e t h e e f f e c t o f t h e d e c r e a s i n g a - c o l o n y s i z e ( w h i c h d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t ) o n t h e f a t i g u e l i v e s i n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m a s i n c r e a s e d . B c o n t e n t s r e s u l t e d i n l o w e r 8 f v a l u e s w h i c h c o u l d h a v e o v e r s h a d o w e d t h e e f f e c t s o f ( X - C O I O H y s i z e s o n t h e f a t i g u e l i v e s . 3 1 4 3 . F a t i g u e E n d u r a n c e L i m i t s o f t h e S t u d i e d A l l o y s T h e 4 5 5 ° C f a t i g u e e n d u r a n c e l i m i t s ( E L ) o f a l l s t u d i e d a l l o y s a r e l i s t e d i n T a b l e 5 . 1 . F o r T i a l l o y s , t h e t y p i c a l E L / U T S r a t i o l i e s b e t w e e n 0 . 5 - 0 . 7 [ H e r t z b e r g ( 1 9 9 6 ) ] . P r o c e s s i n g a n d B - a d d i t i o n s i g n i fi c a n t l y c h a n g e d t h e E L / U T S r a t i o o f t h e T i - 6 4 a n d T i — 6 2 4 2 8 a l l o y s y s t e m s . I t i s n o t e d t h a t o n l y t h e r a t i o o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( 0 . 7 5 ) i n t h i s t a b l e e x c e e d e d 0 . 7 . F o r t h e o t h e r B - m o d i fi e d a l l o y s , t h e E L / U T S r a t i o n w a s t y p i c a l l y m a i n t a i n e d b e t w e e n 0 . 5 - 0 . 7 . T a b l e 5 . 1 . T h e 4 5 5 ° C F a t i g u e E n d u r a n c e L i m i t s o f t h e S t u d i e d A l l o y s A l l o y P r o c e s s i n g E L , M P a U T S , M P a E L / U T S T i - 6 4 a s - c a s t < 2 5 0 4 3 5 < 0 . 5 7 T i - 6 4 - 0 . l B a s - c a s t 3 5 0 5 5 2 0 . 6 3 T i - 6 4 - 1 B a s - c a s t 3 0 0 6 1 4 0 . 4 9 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 4 0 0 7 5 0 0 . 5 3 T i - 6 4 - 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d < 4 5 0 7 4 7 < 0 . 6 0 T i - 6 4 - l B c a s t - a n d - e x t r u d e d 4 5 0 7 8 5 0 . 5 7 T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d 4 5 0 7 0 2 0 . 6 4 T i - 6 4 - l B P M e x t r u d e d 6 0 0 8 0 4 0 . 7 5 T i - 6 2 4 2 a s - c a s t < 3 5 0 5 6 9 < 0 . 6 2 T i - 6 2 4 2 - 0 . 1 B a s - c a s t 4 5 0 6 6 0 0 . 6 8 T i - 6 2 4 2 - 0 . 4 B a s - c a s t 4 0 0 6 6 7 0 . 6 0 T i - 6 2 4 2 - 1 B a s - c a s t < 3 5 0 7 0 7 < 0 . 5 0 E . C r e e p B e h a v i o r D i s c u s s i o n 1 . T i - 6 4 - x B A l l o y S y s t e m 1 . 1 A s - c a s t a n d C a s t - a n d - e x t r u d e d A l l o y s 1 . 1 . 1 C r e e p B e h a v i o r S i n c e t h e s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h o f t h e T i B w h i s k e r s a r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f t h e o r a n d B p h a s e s , m u c h o f t h e l o a d p l a c e d o n t h e a l l o y i s s u p p o r t e d b y t h e T i B w h i s k e r s . T h u s , t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e T i - 6 4 a l l o y i s e x p e c t e d t o i n c r e a s e w i t h a n i n c r e a s e i n B c o n t e n t f o r a g i v e n a + B m i c r o s t r u c t u r e . D u r i n g t h e l o a d i n g p h a s e o f t h e c r e e p t e s t , l o a d i s g r a d u a l l y t r a n s f e r r e d f r o m t h e o r a n d B p h a s e s t o t h e T i B w h i s k e r s . A s a c o n s e q u e n c e o f l o a d - s h a r i n g b y t h e T i B w h i s k e r s , s t r e s s r e l a x a t i o n i n t h e a a n d B p h a s e s o c c u r s . T h e h i g h l y - l o a d e d w h i s k e r s b r e a k a t l o c a t i o n s w h e r e s t r e s s e s a r e m a x i m u m a n d w h e r e fl a w s a c c u m u l a t e d . A t t h e s e l o c a t i o n s , l o a d i s t r a n s f e r r e d f r o m t h e T i B w h i s k e r s t o t h e s u r r o u n d i n g p h a s e s , a s s h o w n i n t h e i n - s i t u c r e e p o b s e r v a t i o n i n C h a p t e r 4 . T h e T i B w h i s k e r s w e r e a l s o e x p e c t e d t o i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n t h r o u g h t h e c o n t i n u o u s o c + B m i c r o s t r u c t u r e , a n d t h e r e b y i n c r e a s e t h e c r e e p r e s i s t a n c e . S e v e r a l s t u d i e s o n t h e c r e e p b e h a v i o r o f T i - B a l l o y s a l s o f o u n d t h a t T i B w h i s k e r s a c t a s s t r o n g b a r r i e r s t o d i s l o c a t i o n m o v e m e n t a n d s i t e s o f d i s l o c a t i o n p i l e u p [ R h e e ( 2 0 0 3 ) , K a w a b a t a ( 2 0 0 4 ) , K u m a r i ( 2 0 0 4 ) ] . T h e i m p e d i m e n t o f d i s l o c a t i o n s m o t i o n b y T i B p h a s e w a s a l s o f o u n d i n a f a t i g u e t e s t e d P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y ( F i g u r e 5 . 1 1 ) , i n w h i c h a l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s w e r e t r a p p e d b e t w e e n t w o T i B w h i s k e r s . H o w e v e r , t h e a + B m i c r o s t r u c t u r e w a s e x p e c t e d t o h a v e p l a y e d a s i g n i fi c a n t r o l e i n t h e c r e e p r e s i s t a n c e , a s i t 3 1 6 l a t h / p l a t e l e t t h i c k n e s s e s h a v e a l s o b e e n s h o w n t o i n h i b i t p l a s t i c fl o w a n d i n c r e a s e fl o w c o n s i s t e d o f a t l e a s t 9 4 v o l . % o f t h e m i c r o s t r u c t u r e . I n p a r t i c u l a r , t h e o r - p h a s e a l o n e c o n s i s t s o f u p t o 8 0 % o f t h e m i c r o s t r u c t u r e . T h e t e x t u r e o f t h e a n i s o t r o p i c o r - p h a s e i s c r i t i c a l t o i t s m e c h a n i c a l b e h a v i o r . A t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , t h e o r p h a s e d e f o r m s d u e t o ‘ a ’ a n d s o m e ‘ c + a ’ s l i p , w h e r e ‘ a ’ s l i p h a s s h o w n t o b e d o m i n a n t f o r T i 3 A l a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s [ M i s h r a a n d B a n e r j e e ( 1 9 9 0 ) ] . W h e n t h e b a s a l p l a n e i s p e r p e n d i c u l a r t o t h e t e n s i l e a x i s , a s w a s t h e c a s e f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e ‘ a ’ s l i p i s p r e v e n t e d . T h u s c r e e p d e f o r m a t i o n , d u e t o d i s l o c a t i o n c l i m b , i s o n l y p o s s i b l e f o r ‘ c + a ’ s l i p i n t h i s c a s e . T h i s i s e x p e c t e d t o b e a n o t h e r r e a s o n f o r t h e l o w e r c r e e p r a t e s a n d i n c r e a s e d c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s c o m p a r e d t o t h e a s - c a s t a l l o y s , w h i c h w e r e n o t s t r o n g l y t e x t u r e d . T h e e x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e d t h a t f o r a l l t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , t h e T i - 6 4 a l l o y e x h i b i t e d t h e h i g h e s t p r e f e r e n c e f o r t h e ( 0 0 0 2 ) o f o r - p h a s e t o b e o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h i s i s b e l i e v e d t o b e t h e r e a s o n f o r i t s e x c e p t i o n a l c r e e p r e s i s t a n c e c o m p a r e d w i t h t h e B - c o n t a i n i n g c a s t - a n d - e x t r u d e d m i c r o s t r u c t u r e s . T h u s t h e o r - p h a s e v a r i a n t s e l e c t i o n m a y h a v e b e e n i n fl u e n c e d b y B c o n t e n t . A s t h e l a t h w i d t h s w e r e f o u r t i m e s s m a l l e r f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s c o m p a r e d t o t h e a s - c a s t a l l o y s , t h e l a t h w i d t h i s e x p e c t e d t o h a v e a l s o s i g n i fi c a n t l y i n fl u e n c e d t h e c r e e p s t r a i n s a n d s t r a i n r a t e s . I t i s w e l l e s t a b l i s h e d t h a t i n T i - 6 4 , w i d e r o r l a t h ( p l a t e ) l e a d s t o l a r g e r d i s t a n c e b e t w e e n o b s t a c l e s f o r d i s l o c a t i o n m o t i o n a n d l o w e r s t r a i n h a r d e n i n g [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] . F o r T i A l a l l o y m i c r o s t r u c t u r e s , d e c r e a s e d l a t h W i d t h s h a v e r e s u l t e d i n s i g n i fi c a n t l y r e d u c e d p r i m a r y c r e e p s t r a i n s a n d r n i r n i n u m s t r a i n r a t e s [ B o e h l e r t ( 2 0 0 2 ) , P a r t h a s a r a t h y ( 1 9 9 8 ) , C h a t t e r j e e ( 2 0 0 2 ) , C h e n ( 1 9 9 9 ) ] . F i n e r o r 3 1 7 s t r e s s e s f o r t h e T i - 6 4 a l l o y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s [ S e m i a t i n ( 2 0 0 1 ) ] . D u r i n g d i s l o c a t i o n c r e e p , t h e fi n e l y s p a c e d l a t h b o u n d a r i e s i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n . I f t h e W e e r t r n a n m o d e l [ W e e r t m a n ( 1 9 6 8 ) ] o f t h e c l i m b o f t h e l e a d i n g d i s l o c a t i o n s a t t h e h e a d o f t h e p i l e u p c o n s t i t u t e s t h e r a t e c o n t r o l l i n g m e c h a n i s m , t h e l a t h s p a c i n g w i t h r e g a r d t o t h e m e a n f r e e - s l i p p a t h w o u l d b e i m p o r t a n t t o t h e c r e e p r a t e w h e r e fi n e r l a t h s p a c i n g d e c r e a s e c r e e p r a t e s . E a c h o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s e x h i b i t e d s i m i l a r l a t h w i d t h s . T h u s t h e i m p r o v e d c r e e p r e s i s t a n c e w i t h i n c r e a s e d B c o n c e n t r a t i o n f o r t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a n d T i - 6 4 - 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e i n c r e a s e i n t h e v o l u m e p e r c e n t o f t h e T i B w h i s k e r s t h r o u g h l o a d s h a r i n g a s d e s c r i b e d p r e v i o u s l y . 1 . 1 . 2 D e f o r m a t i o n E v o l u t i o n T h e s u b s u r f a c e o b s e r v a t i o n s o f t e s t e d s a m p l e s a g r e e d w i t h t h e s u r f a c e d e f o r m a t i o n e v o l u t i o n o b s e r v a t i o n s . T h e s e q u e n c e o f d e f o r m a t i o n d u r i n g t e n s i l e - c r e e p d e f o r m a t i o n w a s s i m i l a r t o t h a t f o u n d p r e v i o u s l y f o r t e n s i l e e x p e r i m e n t s a t R T [ B o e h l e r t ( 2 0 0 6 ) ] a n d e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e s ( s e e t e n s i l e b e h a v i o r p a r t i n C h a p t e r 4 ) . T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d m i c r o c r a c k s a t l o w d i s p l a c e m e n t l e v e l s . T h e s e c r a c k s g r e w i n t o m a c r o c r a c k s a n d m u l t i p l i e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n a n d t i m e , s e e F i g u r e s 4 . 6 1 a n d 4 . 6 3 . L o c a l i z e d s l i p i n t h e 0 t + B m i c r o s t r u c t u r e i n i t i a t e d a f t e r t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g b e c a m e e x t e n s i v e . D e f o r m a t i o n c o n t i n u e d v i a l a r g e s t r a i n p l a s t i c i t y i n t h e O I + B m i c r o s t r u c t u r e f o l l o w e d b y v o i d f o r m a t i o n a n d c o a l e s c e n c e a n d c r a c k f o r m a t i o n i n t h e a + B p h a s e s b e f o r e fi n a l d u c t i l e f r a c t u r e . C r a c k i n g w a s p a r t i c u l a r l y e v i d e n t a t t h e o r ! B i n t e r f a c e s , w h i c h h a s b e e n f o u n d p r e v i o u s l y f o r T i - 6 4 a l l o y s [ E y l o n ( 1 9 8 0 ) ] . I n s p i t e o f t h e e a r l y m i c r o c r a c k i n g o f 3 1 8 T i B o n t h e s a m p l e s u r f a c e , l o w e r c r e e p s t r a i n s a n d s t r a i n r a t e s w e r e o b s e r v e d f o r t h e a l l o y s c o n t a i n i n g g r e a t e r T i B v o l u m e p e r c e n t s . 1 . 1 . 3 C r e e p M e c h a n i s m F o r s t r e s s e s g r e a t e r t h a n 4 0 0 M P a a n d t e m p e r a t u r e s g r e a t e r t h a n 4 0 0 ° C , t h e n v a l u e s w e r e g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 8 f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . S u c h c r e e p e x p o n e n t s a r e n o t u n u s u a l f o r p a r t i c l e - s t r e n g t h e n e d a l l o y s . I t i s n o t e d t h a t t h e a p p l i e d c r e e p s t r e s s e s a p p r o a c h e d o r e x c e e d e d t h e t e n s i l e y i e l d s t r e s s o f t h e a s - c a s t a l l o y s ( s e e T a b l e 4 . 8 ) . F o r t h e c a s t - t h e n - e x t r u d e d a l l o y s , t h e n v a l u e s w e r e g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 4 . 8 a t 4 0 0 ° C . S u c h v a l u e s a r e e x p e c t e d t o b e r e p r e s e n t a t i v e o f a d i s l o c a t i o n c l i m b m e c h a n i s m . D i s l o c a t i o n c l i m b c r e e p h a s b e e n c o n fi r m e d i n T i - 6 4 a l l o y s i n c r e e p s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e r e g i m e s s i m i l a r t o t h o s e e x a m i n e d i n t h e c u r r e n t s t u d y , w h e r e t h e n a n d Q a p p v a l u e s w e r e s i m i l a r t o t h o s e r e p o r t e d h e r e [ R e i s ( 2 0 0 5 ) , B a r b o z a ( 2 0 0 6 ) ] . I n t h e c u r r e n t s t u d y , t h e Q , p p v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 7 5 - 3 9 5 k J / m o l a t o = 4 5 0 M P a f o r t h e a s - c a s t a l l o y s ( s e e F i g u r e 4 . 5 6 a ) , a n d t h e Q a p p v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 8 7 - 3 0 1 k J / m o l a t 6 : 6 0 0 M P a f o r t h e c a s t - t h e n - e x t r u d e d a l l o y s ( s e e F i g u r e 4 . 5 6 b ) . S u c h Q a p p v a l u e s a r e s i m i l a r t o t h o s e o f l a t t i c e s e l f - d i f f u s i o n f o r t i t a n i u m a l u m i n i d e s [ R u s i n g ( 1 9 9 6 ) ] a n d a r e t w i c e t h a t f o r g r a i n b o u n d a r y d i f f u s i o n a l c r e e p i n p u r e T i [ M a l a k o n d a i a h ( 1 9 8 1 ) ] . T h u s , d i s l o c a t i o n c l i m b w i t h l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n i s e x p e c t e d t o h a v e b e e n t h e d o m i n a n t c r e e p m e c h a n i s m f o r a l l t h e c r e e p c o n d i t i o n s a n d a l l o y s e x a m i n e d . T h e e n v i r o n m e n t a l l y - a s s i s t e d c r a c k i n g , w h i c h d e t r i m e n t a l l y a f f e c t e d t h e c r e e p r e s i s t a n c e a n d r e s u l t e d i n e d g e c r a c k i n g ( s e e F i g u r e 4 . 6 0 ) w a s f o u n d t o b e i n d e p e n d e n t o f B c o n t e n t . S u c h c r a c k i n g c o u l d b e p r e v e n t e d b y t e s t i n g i n a n i n e r t e n v i r o n m e n t , s u c h a s 3 1 9 n i t r o g e n , w h i c h h a s b e e n s h o w n t o r e s u l t i n i m p r o v e d c r e e p p r o p e r t i e s c o m p a r e d t o a n a i r e n v i r o n m e n t [ C l a u e r ( 1 9 6 9 ) ] . E n v i r o n m e n t a l s u s c e p t i b i l i t y t o c r a c k i n g i s o n e o f t h e m a i n r e a s o n s f o r t h e l i m i t e d u s e o f t h e T i - 6 4 a l l o y f o r e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e ( T > 3 5 0 ° C ) s t r u c t u r a l a p p l i c a t i o n s . 1 . 2 P M P r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B A l l o y s F i g u r e 5 . 1 3 s u m m a r i z e s t h e c r e e p s t r a i n v s . t i m e p l o t s o f a l l s t u d i e d T i - 6 4 - l B a l l o y s a t ( a ) 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a , a n d ( b ) 4 5 5 ° C / 4 5 0 M P a . A l t h o u g h t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y e x h i b i t e d t h e g r e a t e s t f a t i g u e r e s i s t a n c e a m o n g a l l T i - 6 4 - 1 B a l l o y s , i t e x h i b i t e d t h e p o o r e s t c r e e p r e s i s t a n c e . O n l y t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y e n t e r e d t h e t e r t i a r y c r e e p r e g i m e w i t h i n 3 0 0 h r s a n d i t e x h i b i t e d t h e h i g h e s t s t e a d y s t a t e c r e e p r a t e a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a , s e e T a b l e 5 . 2 . I t s s t e a d y s t a t e c r e e p r a t e a t 4 5 5 ° C / 4 5 0 M P a ( 5 . 8 4 x 1 0 ' s s ' 1 ) w a s a l m o s t a s h i g h a s t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B , w h i c h e x h i b i t e d t h e h i g h e s t s t r a i n r a t e ( 5 . 8 9 x 1 0 ' 8 s ' 1 ) . T h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s n o t a s g o o d a s t h e c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a l w a y s e x h i b i t e d t h e l o w e s t s t e a d y s t a t e c r e e p r a t e e x c e p t a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a , s e e T a b l e s 5 . 2 a n d 5 . 3 . T h e d i f f e r e n c e o f c r e e p r e s i s t a n c e r e s u l t e d f r o m d i f f e r e n t m i c r o s t r u c t u r e c a u s e d b y d i f f e r e n t p r o c e s s i n g . T h e c r e e p p e r f o r m a n c e o f T i - 6 4 a l l o y i s f a v o r e d b y l e n t i c u l a r a p h a s e [ F r o e s ( 2 0 0 4 ) ] . I n a d d i t i o n , L u t j e r i n g [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] s u m m a r i z e d t h e g r a i n s i z e e f f e c t o n c r e e p s t r e n g t h i n a f u l l y - e q u i a x e d T i - 6 4 a l l o y : c r e e p s t r e n g t h d e c r e a s e s w i t h d e c r e a s i n g o n g r a i n s i z e , s e e F i g u r e 5 . 1 4 . T h u s t h e p o o r c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y i s n o t u n e x p e c t e d , a l t h o u g h i t s a - p h a s e t e x t u r e s h o u l d b e b e n e fi c i a l t o t h e c r e e p r e s i s t a n c e . 3 2 0 B a s e d o n t h e n v a l u e s a n d Q v a l u e s f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - l B a l l o y , t h e c r e e p m e c h a n i s m w a s s u g g e s t e d t o b e d i s l o c a t i o n c r e e p w i t h l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n 6 L . , , I i T i - 6 4 - 1 B 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a 5 , 0 P M e x t r u d e d . 1 + P M r o l l e d ’ / + a s - c a s t , / ° \ . 4 k “ 1 ‘ 8 9 c a s t - a n d - e x t r u d e d y ” c ‘ ' 5 1 ; ; 3 i i < 3 2 l s 4 ; 4 . . . . . . 0 L 1 ; 4 L 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 T i m e , h r s ( a ) 1 0 1 T fl I r i T i - 6 4 - 1 B 4 5 5 ° C / 4 5 0 M P a 0 P M e x t r u d e d ’ 8 - l - P M r o l l e d . - e \ ° + a s - c a s t 5 ’ fl - c a s t - a n d - e x t r u d e d a 6 2 ” ? - 1 5 , f / 1 1 ‘ : i f , - / 2 4 J U { 7 J x / g / ’ / _ f . / e r y w fi w w m A T M 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 T u n e , h r s ( 1 1 ) F r g u r e 5 . 1 3 . C r e e p s t r a i n v e r s u s t i m e c u r v e s o f t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y o f d i f f e r e n t p r o c e s s i n g ( a ) A t T = 4 5 5 ° C , c r = 4 0 0 M P a , a n d ( b ) a t T = 4 5 5 ° C , o = 4 5 0 M P a . 3 2 1 T a b l e 5 . 2 . P r o c e s s i n g E f f e c t o n M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - 1 B A l l o y s a t T = 4 5 5 ° C C r e e p S t r e s s 4 0 0 M P a 4 5 0 M P a P r o c e s s i n g P M e x t r u d e d 4 . 3 m m " ? r 5 . 8 4 : : 1 0 3 ‘ s j P M r o l l e d 6 . 9 m m ? " 1 . 5 1 x 1 0 ' 8 s ‘ r a s - c a s t 2 . 2 8 x 1 0 ' 8 s q 5 . 8 9 x 1 0 ‘ 3 ? c a s t - a n d - e x t r u d e d 8 . 8 7 x 1 0 7 ’ s ' T 1 . 3 9 x 1 0 " ‘ s T T a b l e 5 . 3 . P r o c e s s i n g E f f e c t o n M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - 1 B A l l o y s a t T = 4 0 0 ° C C r e e p S t r e s s 4 5 0 M P 3 5 0 0 M P 3 5 5 0 M P a 6 0 0 M P a P r o c e s s i n g P M e x t r u d e d 1 . 1 1 x 1 0 ' ? N / A N / A N / A P M r o l l e d 1 . 1 2 x 1 0 ' 9 s 7 3 . 3 3 x 1 0 ' 9 s " 5 . 4 0 x 1 0 ' 9 s ' r 7 . 8 m m ? " a s - c a s t 1 . 4 3 1 4 1 0 % ; 1 2 . 1 4 x 1 0 ' 9 s ' I 6 . 3 5 x 1 0 7 7 s ' 1 . 6 3 x 1 0 7 6 s T c a s t - a n d - e x t m d e d 1 . 0 4 x 1 0 ' 9 s ' 1 1 . 3 3 x 1 0 ' ? I 2 . 2 0 x 1 0 ‘ 9 s — " 4 . 0 9 x 1 0 ‘ 9 s " ( D # # - 1 T = 4 8 0 ° C Q 6 : 2 0 0 M P a E 2 _ 3 5 . 9 q a 1 - C T . 0 T I I I T T v » 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 o r G r a i n S i z e ( p m ) F i g u r e 5 . 1 4 . C r e e p s t r a i n ( l a b e l e d a s P l a s t i c S t r a i n i n t h e fi g u r e ) a f t e r 1 0 0 h r s a s a f u n c t i o n o f o r g r a i n s i z e o f f u l l y e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e s o f T i - 6 4 ( fi n a l a g i n g t r e a t m e n t : 2 4 h r s a t 5 0 0 ° C ) . [ L u t j e r i n g ( 2 0 0 7 ) ] 3 2 2 2 . A s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B A l l o y S y s t e m T h e T i - 6 2 4 2 S a l l o y s y s t e m w a s d e v e l o p e d a f t e r t h e T i - 6 4 a l l o y s y s t e m w i t h t h e i n t e n t i o n o f b e i n g a h i g h e r - t e m p e r a t u r e a l l o y c a p a b l e o f b e i n g u s e d i n s e r v i c e u p t o 5 6 5 ° C [ B o y e r ( 1 9 9 4 ) ] . T h u s , t h e T i - 6 2 4 Z S a l l o y i s i n h e r e n t l y m o r e c r e e p r e s i s t a n t t h a n T i - 6 4 a n d i t m a i n t a i n s i t s s t r e n g t h a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e t o a g r e a t e r d e g r e e t h a n T i - 6 4 d u e m a i n l y t o t h e s o l i d - s o l u t i o n e l e m e n t a d d i t i v e s . T h e m i n i m u m c r e e p r a t e s m e a s u r e d f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B s y s t e m w e r e s i g n i fi c a n t l y l o w e r t h a n t h o s e m e a s u r e d f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B s y s t e m ( s e e T a b l e 5 . 4 ) . T h i s r e s u l t w a s e x p e c t e d b a s e d o n t h e s u p e r i o r e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e c r e e p a n d t e n s i l e s t r e n g t h o f T i - 6 2 4 Z S c o m p a r e d w i t h t h a t f o r T i - 6 4 . H o w e v e r , t h e r e s u l t s o f t h i s w o r k i n d i c a t e t h a t t h e T i B p h a s e d i d n o t h a v e a s d r a m a t i c o f a n e f f e c t o n t h e m i n i m u m c r e e p r a t e s o f t h e T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m a s i t h a d o n t h e T i - 6 4 - x B s y s t e m . T h u s , i t i s p o s s i b l e t h a t t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e T i B p h a s e m o r e c l o s e l y r e s e m b l e s t h a t o f t h e T i - 6 2 4 2 S t h a n t h e T i - 6 4 a l l o y . T h i s a l o n g w i t h t h e l o w e r T i B p h a s e v o l u m e f r a c t i o n i n t h e T i - 6 2 4 Z S - X B a l l o y s y s t e m c a n e x p l a i n t h e r e l a t i v e l y s m a l l e f f e c t t h a t B h a s o n t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f T i - 6 2 4 Z S c o m p a r e d t o t h a t o n T i - 6 4 . H o w e v e r , n o c u r r e n t t e n s i l e c r e e p d a t a i s a v a i l a b l e f o r t h e T i B w h i s k e r s t o c o n fi r m t h i s . T a b l e 5 . 4 . M i n i m u m C r e e p R a t e o f T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 Z S - X B A l l o y S y s t e m s a t T = 4 5 5 ° C / 6 : 4 5 0 M P a W t . % B O B 0 . 1 1 3 0 . 4 1 3 1 3 A l l o y s y s t e m T i - 6 4 - x B 1 . 2 4 x 1 0 ' 6 s ' 1 4 . 0 7 x 1 0 ‘ 7 s ? T N / A 5 . 8 9 x 1 0 ' 3 s ' r E i - 6 2 4 Z S - X B 3 . 3 0 x 1 0 ' 1 0 s " 5 . 1 1 x 1 0 m r s ' ] 4 . 1 3 x 1 0 ' w s " 2 . 2 4 x 1 0 " ° s ‘ N / A : n o t a v a i l a b l e 3 2 3 T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e - d e f o r m a t i o n b e h a v i o r i n b o t h o f t h e T i - 6 2 4 Z S - x 3 a n d T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m s w a s s i m i l a r . T h e a l l o y s e x h i b i t e d g l o b a l y i e l d i n g a b o v e t h e i r r e s p e c t i v e y i e l d s t r e s s e s a n d s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s [ B o e h l e r t ( 2 0 0 6 ) , S e n ( 2 0 0 7 ) ] . I n s o m e c a s e s , t h e T i B w h i s k e r c r a c k s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s m o r e t h a n 1 0 0 M P a b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . S l i p w a s a p p a r e n t i n t h e a a n d B p h a s e s a f t e r T i B c r a c k i n g h a d o c c u r r e d . A s i m i l a r s e q u e n c e o f s u r f a c e d e f o r m a t i o n e v e n t s h a s b e e n n o t e d f o r a B - m o d i fi e d T i - 6 4 a l l o y c o n t a i n i n g 1 w t . % B d u r i n g r o o m - t e m p e r a t u r e a n d 4 8 0 ° C t e n s i l e d e f o r m a t i o n [ B o e h l e r t ( 2 0 0 6 ) ] . C r a c k i n i t i a t i o n a t c e r a m i c p a r t i c l e s o r w h i s k e r s a n d p r o p a g a t i o n i n t o T i - 6 4 m a t r i c e s h a s a l s o b e e n o b s e r v e d e l s e w h e r e [ S o b o y e j o ( 2 0 0 4 ) , V r e e l i n g ( 2 0 0 2 ) , K l o o s t e r m a n ( 1 9 9 8 ) ] . T i B w h i s k e r c r a c k i n g a l s o o c c u r s i n B - m o d i fi e d T i - 6 4 a l l o y s d u r i n g e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e f a t i g u e . I n t e r m s o f t h e c r e e p b e h a v i o r , d u r i n g t h e l o a d i n g p h a s e o f t h e c r e e p t e s t , t h e l o a d w a s t r a n s f e r r e d f r o m t h e a a n d [ 3 p h a s e s t o t h e T i B w h i s k e r s . A s a c o n s e q u e n c e o f t h e l o a d - s h a r i n g b y t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B w h i s k e r s , s t r e s s r e l a x a t i o n i n t h e o r a n d [ 3 p h a s e s o c c u r r e d . T h e h i g h l y - l o a d e d w h i s k e r s b r o k e a t l o c a t i o n s w h e r e t h e s t r e s s e s w e r e m a x i m u m a n d w h e r e fl a w s a c c u m u l a t e d . A t t h e s e l o c a t i o n s , l o a d w a s t r a n s f e r r e d f r o m t h e T i B w h i s k e r s t o t h e s u r r o u n d i n g p h a s e s . T h i s i s a n i n d i c a t i o n t h a t t h e l o a d w a s p r i m a r i l y p l a c e d o n t h e T i B - p h a s e . O n c e a s u f fi c i e n t e x t e n t o f T i B c r a c k i n g h a d o c c u r r e d , t h e l o a d w a s a p p l i e d t o t h e a a n d [ 3 p h a s e s a l l o w i n g f u r t h e r d e f o r m a t i o n t o o c c u r v i a o c - a n d B - p h a s e s l i p . H o w e v e r , t h e l o a d s h a r i n g a b i l i t y o f t h e T i B p h a s e i n t h e T i - 6 2 4 2 8 - x B s y s t e m w a s c e r t a i n l y n o t a s s i g n i fi c a n t a s t h a t f o r t h e T i - 6 4 - x B s y s t e m ( s e e c r e e p r a t e s i n T a b l e 5 . 3 ) . T h u s t h e o v e r a l l c r e e p 3 2 4 i m p r o v e m e n t o f t h e T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y c o m p a r e d t o t h e T i - 6 2 4 Z S a l l o y w a s n o t a s d r a m a t i c a s t h a t f o r t h e T i - 6 4 - 1 B a l l o y c o m p a r e d t o T i - 6 4 . T h e m i n i m u m c r e e p r a t e s f o r t h e T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y t e n d e d t o b e i n t e r m e d i a t e t o t h o s e o f t h e T i - 6 2 4 Z S - x N i s y s t e m [ H a y e s ( 2 0 0 2 ) ] ( s e e F i g u r e 5 . 1 5 ) . T h u s s m a l l a d d i t i o n s o f B a n d N i r e s u l t e d i n s i m i l a r m i n i m u m c r e e p r a t e s , t h o u g h t h e l o w - N i c o n t a i n i n g a l l o y e x h i b i t e d t h e l o w e s t m i n i m u m c r e e p r a t e s . T h e n v a l u e s s u g g e s t e d t h a t d i s l o c a t i o n c r e e p w a s d o m i n a n t f o r t h e B — m o d i fi e d T i - 6 2 4 2 8 s y s t e m a t t h e s t u d i e d t e m p e r a t u r e / s t r e s s l e v e l s , w h i c h i s a l s o i n c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t b y R h e e e t a l . [ R h e e ( 2 0 0 3 ) ] . 3 2 5 1 ' s , e t 0 a 6 g O n i a r t S I t 2 r T i - 6 2 4 2 5 l o w N i , n = 4 . 2 * F t a i h n g e d u v a r l r e o 5 a - . t n 1 5 i i . o c n k i w o f L o e l g m c o i n 3 n t m i i m a i n n u i v g m n e c r r T s e i e u — p s 6 6 1 r 4 0 a g t Z 2 e S w a P i l l t l o h o t y a t r t t s s ( e a a s k s ) e T o f n r = f 5 r 1 h t o 0 e m T ° r C i e a 6 r n 2 e - e f d 4 n ) - ( e b S . 2 c T 1 * = 0 H . [ 5 B a 6 y a l 5 e l ° s C o y ( i l a 0 2 l n 0 u d 2 s ) t h ] g r i t a g i h n - 1 o 7 l T = 5 1 0 ° C # T i - 8 2 4 2 3 l o w N i , n = 4 . 5 * [ + 1 1 - 5 2 4 2 5 h i g h N i , n = 6 . 0 * . . 3 + 1 1 4 3 2 4 2 3 4 3 , n = 7 . 2 i 3 1 0 n 5 / . s f . 9 w e r _ 5 ‘ 3 ’ 1 o " ° . J 1 0 0 m 1 0 0 0 ( a ) 1 0 ' 7 e T = 5 6 5 ° C + " T i - 6 2 4 2 8 h i g h N i , n = 6 . 4 * - 9 - e — 1 1 - 6 2 4 2 8 - 1 8 , n = 3 . 6 1 0 1 0 ° S t r e s s N P a 1 0 0 0 ( b ) 3 2 6 F . C r e e p - F a t i g u e I n t e r a c t i o n A s h a s b e e n d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 , t h e s h i f t o f t h e h y s t e r e s i s w i t h i n c r e a s i n g c y c l e n u m b e r i n t h e s t r e s s v e r s u s s t r a i n p l o t s a t t h e m a r k e d c y c l e n u m b e r s ( F i g u r e s 4 . 2 7 , 4 . 4 0 ) i n d i c a t e s c r e e p o c c u r r e d d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s . I n t h i s p a r t o f t h e d i s c u s s i o n , t h e s t r a i n d u e t o c r e e p w a s e s t i m a t e d f r o m t h e f a t i g u e t e s t s . T h e s t r a i n w a s t a k e n a t t h e p e a k s t r e s s o f c e r t a i n c y c l e n u m b e r s ( 5 x 1 0 4 , 1 x 1 0 5 , 2 x 1 0 5 , 3 x 1 0 5 , . . . ) a n d p l o t t e d w i t h t i m e e l a p s e d a t t h o s e c y c l e s , s e e F i g u r e 5 . 1 6 ( T h i s s a m p l e b r o k e a t 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s a n d t h e E v a l u e d r o p p e d f r o m 8 8 G P a a t 1 0 0 c y c l e t o 7 6 G P a a t 9 9 0 , 0 0 0 c y c l e s ) . T h e c u r v e c l o s e l y r e s e m b l e d a t y p i c a l c r e e p c u r v e , w h i c h h a s p r i m a r y , s e c o n d a r y a n d t e r t i a r y s t a g e s . T h i s c o n fi r m s t h a t c r e e p c o n t r i b u t e d t o t h e t o t a l s t r a i n d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t . C o m p a r i n g t h e f a t i g u e c r e e p c u r v e ( r e d ) w i t h t h a t o f t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t ( b l u e ) a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e , t h e c r e e p s t r a i n i s a l w a y s l o w e r t h a n t h o s e o f t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . A l t h o u g h t h e f a t i g u e s a m p l e o n l y “ s a w ” t h e p e a k s t r e s s o n c e i n a c y c l e , t h e m i n i m u m c r e e p r a t e i n t h e f a t i g u e c r e e p t e s t w a s s t i l l 5 . 6 5 x 1 0 ' 8 s ' l , w h i c h i s c l o s e t o t h e m i n i m u m s t r a i n r a t e ( 7 . 2 6 x 1 0 ' 8 s ' 1 ) f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . T h e l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s g e n e r a t e d b y t h e f a t i g u e p r o c e s s m i g h t h a v e f a c i l i t a t e d t h e c r e e p d e f o r m a t i o n p r o c e s s a n d i n c r e a s e d t h e s t r a i n r a t e . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e d e f e c t s i n d u c e d b y f a t i g u e ( s u c h a s m i c r o - v o i d s ) a l s o i n c r e a s e d t h e c r e e p r a t e s i n c e f a t i g u e d a m a g e ( T i B c r a c k i n g a s w e l l a s t h e a - p h a s e c r a c k i n g ) o c c u r r e d f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s ( d e s c r i b e d i n C h a p t e r 4 , F i g u r e 4 . 2 8 ) . I n F i g u r e 5 . 1 4 , t h e f a t i g u e c r e e p c u r v e e v e n t u a l l y e n t e r e d t h e t e r t i a r y r e g i m e b e f o r e t h e fi n a l f r a c t u r e o f t h e s a m p l e . T h e c r e e p r a t e b e t w e e n t h e l a s t t W o d a t a p o i n t s ( c o r r e s p o n d i n g c y c l e n u m b e r : 8 x 1 0 5 t o 9 x 1 0 5 ) w a s 8 . 4 6 x 1 0 ' 8 s ' ] . 3 2 7 % , n i a r t s p e e r C | 0 i T i - 6 4 - 0 . 1 B a s - c a s t C r e e p t e s t J 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a N U ! l N 1 4 x . . 4 — l « 0 ’ F a t i g u e t e s t 4 5 5 ° C / 4 0 0 4 0 M P a 5 1 o 2 0 _ 3 o 4 o 5 0 s o T i m e , h r s F i g u r e 5 . 1 6 . F a t i g u e c r e e p c u r v e a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 - 4 0 M P a ( r e d ) c o m p a r e d w i t h t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t a t 4 5 5 ° C / 4 0 0 M P a ( b l u e ) f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y . ( T h e N f v a l u e o f t h e f a t i g u e t e s t e d s a m p l e w a s 9 9 0 , 5 5 4 c y c l e s . ) T h e s t r a i n d u e t o c r e e p w a s a l s o e x t r a c t e d f r o m t h e f a t i g u e t e s t s o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B s a m p l e s , s e e F i g u r e 5 . 1 7 . S i m i l a r t o t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y , t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y c r e e p r a t e s i n f a t i g u e t e s t s w e r e b o t h l o w e r t h a n t h o s e o f t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y a t 4 5 5 ° C , t h e m i n i m u m c r e e p r a t e i n t h e f a t i g u e t e s t ( N 5 8 4 0 , 4 4 4 c y c l e s ) w a s 3 . 5 7 x 1 0 - 9 s ' 1 , c o m p a r e d w i t h 4 . 7 3 x 1 0 - 9 s ' l f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t ; f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — 0 . 1 B a l l o y a t 4 5 5 ° C , t h e m i n i m u m c r e e p r a t e i n t h e f a t i g u e t e s t ( N > 2 , 1 1 2 , 3 6 5 c y c l e s ) w a s 3 . 3 8 x 1 0 ' 9 5 ' l c o m p a r e d w i t h 5 . 6 3 x 1 0 ‘ 9 5 ' 1 f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . T h e f a t i g u e c r e e p s t r a i n w a s a l w a y s l o w e r i n t h e T i - 6 4 a l l o y t h a n i n t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y ( r e d c u r v e s i n F i g u r e s 5 . 1 7 a a n d b ) . T h i s p h e n o m e n o n i s c o n s i s t e n t w i t h t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t ( F i g u r e 4 . 5 4 b ) s i n c e t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y i s m o r e c r e e p r e s i s t a n t t h a n t h e c a s t - a n d — e x t r u d e d 3 2 8 T i - 6 4 - O . 1 B a l l o y . H o w e v e r , t h e m i n i m u m f a t i g u e c r e e p r a t e i n t h e c a s t - a n d — e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y ( 3 . 5 7 x 1 0 ‘ 9 s " ) w a s s l i g h t l y h i g h e r t h a n i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y ( 3 . 3 8 x 1 0 ' 9 s ' 1 ) a t 4 5 5 ° C / 4 5 0 - 4 5 M P a . A p o s s i b l e r e a s o n f o r t h i s i s t h a t t h e f a t i g u e d a m a g e w a s m o r e s e v e r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 a l l o y s i n c e i t b r o k e a f t e r 8 4 0 , 4 4 4 c y c l e s , h o w e v e r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . l B n e v e r b r o k e d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t a t 4 5 5 ° C / 4 5 0 - 4 5 M P a . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t 4 5 5 ° C , t h e m i n i m u m c r e e p r a t e i n t h e f a t i g u e t e s t ( N > 2 , 0 3 3 , 1 3 6 c y c l e s ) w a s 1 . 9 4 x 1 0 ' 9 s ' 1 , c o m p a r e d w i t h 8 . 8 7 x 1 0 ‘ g s ' l f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . 3 2 9 h 2 1 . . 5 2 5 0 ' 1 5 n 2 5 c ° l 4 5 6 ' o . 0 o 4 H ‘ 0 C / 4 5 0 M P a a 0 C e t l 0 5 n F s 5 4 n 1 r h l ' l 9 4 " u 5 0 t ~ e 0 . t M s 5 . e 4 1 P a . 2 0 a 0 e e 1 0 , y b 8 i T ( m ) E fi : a . 3 2 § O 0 . 6 0 0 ' . 4 2 o 1 8 3 4 0 . ‘ 0 0 0 . 2 : 7 a E 5 W 9 5 0 , l L 4 5 5 ° C / 4 5 0 o 4 4 o 5 0 2 0 T i - l 6 4 ~ 1 0 F 5 B a ° . ' t C 6 c i / g u e t e 4 i a 5 m ) C 0 s 5 T ( a 4 0 e t 4 8 , l - r e 5 ° C s 5 t M r n p h / a e 7 . 4 5 , : . 3 5 t ‘ i E Q § o P s 0 d t 0 F 5 4 . a e 0 . a ° 0 1 2 0 0 r u T d e d 0 t x 1 I e t - s M P a . i o u o 0 e 0 o e t 4 c t M s 0 g 4 / t C O P a . 1 T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d 0 3 c r e e p t e s t T i - 6 4 — 0 . 1 B c a s t - a n d - e x t r u d e d 9 ° 0 ' ! w C r e e p t e s t l 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 F i g u r e 5 . 1 7 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s ( r e d ) c o m p a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l c r e e p c u r v e s ( b l u e ) f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C : ( a ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N f = 8 4 0 , 4 4 4 c y c l e s ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a f o r T i - 6 4 a l l o y , ( b ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N = 2 , 1 1 2 , 3 6 5 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e . ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a f o r T 1 - 6 4 - 0 . l B a l l o y , a n d ( c ) f a t i g u e t e s t a t 4 0 0 - 4 0 M P a ( N = 2 , 0 3 3 , 1 3 6 c y c l e s w 1 t h o u t f a l l u r e . ) v e r s u s c r e e p t e s t a t 4 0 0 M P a f o r T i - 6 4 - l B a l l o y . 3 3 0 r s u s i g w n r e i c n T h - l B e a r e n t f i h o f i a t h a t e g i o n w t r h e e n a c f o i s e t a l n o u g r I n i e T f f l l 5 o a a . r s t s u h t a s n s i e i r m i n g g s p g c u e u r 1 n a o t t r y m e b o a g g % s i i e a s i n a u u s t r fi c v t t e r m c i y e s c e s e ° r r o - e . , t n e e 4 ( r u o r l a n t s 5 T e n c s f l t s c c u e r 5 t o e i i v t ) t e n a . u p e C e 6 l s s 4 t t u r p a r l B s c 1 e v e e e e c e T f h s h - r E h n n a I r e o t d s l r i f i t s t a d i i n t t e l l v p e P v s s o M u l i n a e s r i s e s t t - t e 6 t e i c d 4 h g p o a b l u n e l p o o r a t a s c s e ( a - o i e t v r r e e n x u e i d t e d d x e i e s i B g c b u t h t o n n u g h l n e a ) i s r i h r s t i t n s l r e i v t e n a h o F d h l e o p t h n e t g h u s t h e c T a a t e 4 s t s d t d s t h t i e e t i n s r o r s f t 5 s a 4 f F C , s s c - d 6 i s ° s s e s o , d t e l 5 e t b s o l r e m . s s t e e o e d r y a g h e a u h c , f t a l r l e o e t h a r e e t a r c m t i i s a f r p h a l s n t t h e a l u a . e s r s ) . F u o 5 e g p y a e e e t t a n e l e n v e n t 1 i . s 8 g r a t m e p r s d a t e . i d u t s . r t s r S a s e a e b e l s i y o s s i g u e i I . n e i m t r t I o n m s n p w c t a e 5 i d n s l e t s e , f i % d a d 1 r e s e e e i l n c g m t a h t i t o s l c r e o ( e n T t p , i h u h 6 4 c t t e i - a e e l o c l d e r y s s a v c e o r a u b s t y n p x t e e l u v o q p d c d c e e ( u y r t e r v e s ( b l u e f r I n a B c t o t i e o a r l e f t u e a r e e c p m e n i g P n p t h e t i e n v o v c s e l i n e u M e e t n a d h n a a a v e f e t r e t r t t r t t t e n i e - u r - t r c r e t ) i u i h r o t s r e h P e e M p u g l n e w e l o g i h m r t e e a e h a “ h b h e e s r o l l e d d l e x h f s ) t p c u r a l l v o e y c s g t r h t i m t m r a r e i i a t e c t n o c e e e u s h t g e s a h u a m t n e e e d e p e y s - o t e t t c o e o v i o n l e n l u e s a s t a t e ” . I n a d d i t i o n , d e f e c t s i n d u c e d b y f a t i g u e ( s u c h a s m i c r o - v o i d s ) c o u l d a l s o i n c r e a s e t h e c r e e p r a t e . 3 3 1 % , n i a r t s p e e r C L T i - 6 4 — 1 B P M r o l l e d 0 3 C r e e p t e s t \ ° 0 ° , 4 5 5 C l 4 0 0 M P a C ' 5 0 . 6 a O Q o . 0 g 0 ' 4 . F a t i g u e t e s t a 4 5 5 ° C / 4 0 0 - 4 O M P a 0 . 2 T i m e , h i s ( a ) 4 l l L T I - 6 4 - 1 B P M r o l l e d 3 . 5 3 C r e e p t e s t 4 5 5 ° C / 4 5 0 M P a 2 . 5 2 1 _ 5 F a t i g u e t e s t i 4 5 5 ° C / 4 5 0 4 5 M P a 1 o o . . . 2 ‘ 0 4 6 g o s o 1 0 0 1 2 0 0 T i m e , h r s ( b ) F i g u r e 5 . 1 8 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s ( r e d ) c o m p a r e d w i t h c o n v e n t i o n a l c r e e p c u r v e s ( b l u e ) f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a t 4 5 5 ° C : ( a ) f a t i g u e t e s t a t 4 0 0 - 4 0 M P a ( N = 1 , 2 6 0 , 7 2 5 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e ) v e r s u s c r e e p t e s t a t 4 0 0 M P a , a n d ( b ) f a t i g u e t e s t a t 4 5 0 - 4 5 M P a ( N = 1 , 3 2 5 , 9 1 6 c y c l e s w i t h o u t f a i l u r e . ) V S . c r e e p t e s t a t 4 5 0 M P a . 3 3 2 % , n i a r t s p e e r C . % - , n i a r t s O u p e e r C T - \ F 4 0 0 — 4 0 M P a ( N > 1 2 6 0 7 2 5 c y c l e s ) : 5 / ; # 4 5 0 - 4 5 M P a ( N > 1 3 2 5 9 1 6 c y c l e s ) 5 0 0 - 5 0 M P a ( N > 1 7 1 3 7 1 1 c y c l e s ) 2 6 . 3 9 x 1 0 ‘ 3 / s — l 0 | 4 5 5 ° C T i - 6 4 - 1 B P M r o l l e d ( ' 4 ' . . . - 4 3 / [ . 1 2 . 3 5 x 1 o l s 0 . 5 r . — " H o ' , O O ' ' ' 9 . 4 4 x 1 0 ' 9 / s l l l l I 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 T i m e , h r s ( a ) 4 5 5 ° c T i - 6 4 - 1 B P M ‘ e x t r ' u t i e e l ‘ r , I / l / r 1 . 0 9 x 1 o * “ / s m ” . / I / W . — 5 0 0 - 5 0 M P a ( N > 1 1 5 1 0 5 9 c y c l e s ) - ' I 6 0 0 - 6 0 M P a ( N > 1 2 7 0 9 7 3 . c y c l e s ) J " ° 7 3 0 3 x 1 0 9 I s 0 E : I ' I l l 1 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 0 7 0 T i m e , h r s 0 ? ) F i g u r e 5 . 1 9 . F a t i g u e c r e e p c u r v e s a t 4 5 5 ° C a t d i f f e r e n t s t r e s s l e v e l s f o r ( a ) P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y , a n d ( b ) P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 3 a l l o y . M i n i m u m f a t i g u e c r e e p r a t e s a r e l a b e l e d n e x t t o t h e c o r r e s p o n d i n g c u r v e s 3 3 3 U f f r s o d p i e 4 Z S i s T c i h a T a a t l u l r o c e s o r s w e l h i e y a a l u a t w m f o e e a a r k t f t n l e g a f i d e s n g s e d ( a s o c l i a s n c u l T t i t e , t n t u r g y r 6 f a v e o p - c n e i i h h o B 2 s m 6 t w o e 2 e t f b a e l h s c 4 m . h 2 % p a 8 ) e p o r o a v i e r n . v t - - a n t i m g o M d i s s f t S t a e i - d w r e — x i d t e s e M e o B e fi n d A R a t - B x r r x t w e t B ( t e f d i m o o a r e = u o r d T 0 , e i t Y n d d i d h - A o fi t e n s e i s . 1 , P T 4 i a c i v d n i 0 , e 6 N D C d o t M n i 0 t - l s g . i 6 l t 0 o a 4 r 4 t + l u t o y o t - O d e B n e a d n l 1 e B s y N a h a i o t t d d T f s , C s a m m t w n o e l 1 r e a l U r L y l s l t o c e . i h t d . y . y % P a T e m a s t y i s o s t r u c t l s x p t s u T s r f s m t e t c t o y t - s c a e a l e e - r s ) C M h e l i S I O N S u , i r . u a o e f d t d - , e i y I n 6 d g o n e d e x o a - m r e a c 4 n ) u p e e r - l d e B n i t p y h , ( t t i n r t e e e v x h i T a r i = o e p i h - y 6 n 0 n d , , m a e c t w e e s 4 t e 0 c i o r i h . l h n c a 1 e j e a s a n v l a e n d a w f i o u r t n f e c n a n T e e d i d c d - t - 1 a a r l e l C H A P T E R 6 A . S U M M A R Y a r t i c l e s t h a t h a v e b e e n p u b l i s h e d r e g a r d i n g t h i s w o r k o v e r t h e c o u r s e o f t h e l a s t t h r e e y e a r s i n c l u d e t h e f o l l o w i n g : 3 3 4 W . C h e n , C J . B o e h l e r t , J . Y . H o w e , E . A . P a y z a n t . T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l b e h a v i o r o f a s e c a s t a n d w r o u g h t T i - 6 A l - 4 V - 1 B . A c t a M a t e r i a l i a ( 2 0 1 0 ) , ( u n d e r r e v i e w ) . W . C h e n a n d O J . B o e h l e r t . C h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e m i c r o s t r u c t u r e , t e n s i l e a n d c r e e p b e h a v i o r o f p o w d e r m e t a l l u r g y p r o c e s s e d a n d r o l l e d T i - 6 A l - 4 V - 1 8 A l l o y . fi g y E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s , V o l . 4 3 6 ( 2 0 1 0 ) , p p . 1 2 3 - 1 3 0 . W . C h e n , C ] . B o e h l e r t . T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e a n d f a t i g u e b e h a v i o r o f b o r o n - m o d i fi e d T i - 6 A l - Z S n - 4 Z r - 2 M o - 0 . I S i . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g g e , V o l . 3 2 , I s s u e 5 ( 2 0 1 0 ) , p p . 7 9 9 - 8 0 7 . W . C h e n , C . J . B o e h l e r t , E . A . P a y z a n t , J . Y . H o w e . T h e e f f e c t o f p r o c e s s i n g o n t h e 4 5 5 ° C t e n s i l e a n d f a t i g u e b e h a v i o r o f b o r o n - m o d i fi e d T i - 6 A l - 4 V . I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f F a t i g g e , V o l . 3 2 , I s s u e 3 ( 2 0 1 0 ) , p p . 6 2 7 - 6 3 8 . W . C h e n , C ] . B o e h l e r t . T h e e f f e c t o f b o r o n o n t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e a n d c r e e p b e h a v i o r o f c a s t T i - 6 A l - Z S n - 4 Z r - 2 M o - 0 . 1 S i . M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s A , V o l . 4 0 , N o . 7 ( 2 0 0 9 ) , p p . 1 5 6 8 - 1 5 7 8 . C ] . B o e h l e r t , W . C h e n . T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e c r e e p b e h a v i o r o f b o r o n - m o d i fi e d T i - 6 A l - 4 V a l l o y s . M a t e r i a l s T r a n s a c t i o n s V o l . 5 0 , N o . 7 ( 2 0 0 9 ) , p p . 1 6 9 0 - 1 7 0 3 . W . C h e n , C . J . B o e h l e r t . T h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e f a t i g u e b e h a v i o r o f b o r o n — m o d i fi e d T i - 6 A l - 4 V c a s t i n g s . M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , V o l . 4 9 4 I s s u e s 1 - 2 ( 2 0 0 8 ) 1 3 2 - 1 3 8 . 3 3 5 B . C O N C L U S I O N S T h e c o n c l u s i o n s f o r e a c h a s p e c t o f t h i s d i s s e r t a t i o n w o r k a r e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s : 1 . M i c r o s t r u c t u r e ( 1 ) T h e a s - c a s t T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s e x h i b i t e d a l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e . B a d d i t i o n s d r a m a t i c a l l y d e c r e a s e d t h e a s - c a s t g r a i n s i z e a n d t h e ( i t - c o l o n y s i z e a n d a l s o e l i m i n a t e d t h e c o n t i n u o u s g r a i n b o u n d a r y ( i t - p h a s e n e t w o r k i n t h e s e a l l o y s . T h e o r - a n d [ i - l a t h w i d t h s d i d n o t c h a n g e s i g n i fi c a n t l y w i t h t h e a d d i t i o n o f B . T h e T i B - p h a s e w a s n o t s t o i c h i o m e t r i c i n t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s a s a r e s u l t o f t h e p r e s e n c e o f s m a l l a m o u n t s o f M o a n d Z r . T h e d i f f u s i o n o f M o a n d Z r i s e x p e c t e d t o b e t h e c a u s e f o r t h e l o w e r v o l u m e f r a c t i o n s o f T i B - p h a s e w h i s k e r s i n t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m c o m p a r e d t o t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . T h e r e w a s n o t a n y d e t e c t a b l e a m o u n t o f B i n e i t h e r t h e o r o r [ 3 p h a s e s a n d t h e T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d s l i g h t l y m o r e B t h a n T i w h e n c o m p a r e d o n t h e a t o m i c p e r c e n t b a s i s . ( 2 ) T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 — x B a l l o y s a l s o e x h i b i t e d a l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e . T h e B - p h a s e fi e l d e x t r u s i o n a l i g n e d t h e T i B w h i s k e r s i n t h e e x t r u s i o n d i r e c t i o n a n d s i g n i fi c a n t l y r e d u c e d t h e g r a i n s i z e , ( r t - c o l o n y s i z e a n d t h e o r - a n d B - l a t h w i d t h s o f t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e l a t h w i d t h s w e r e i n d e p e n d e n t o f B c o n t e n t a n d w e r e a p p r o x i m a t e l y f o u r t i m e s s m a l l e r t h a n t h o s e f o r t h e a s - c a s t . T h e s i g n i fi c a n t l y fi n e r l a t h w i d t h s f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s w e r e l i k e l y a r e s u l t o f t h e e x t r u s i o n p r o c e d u r e f o l l o w e d b y f a s t e r c o o l i n g t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t m e l t . T h e l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s p r o d u c e d d u r i n g t h e e x t r u s i o n p r o c e s s l i k e l y a c t e d a s e f f e c t i v e s i t e s f o r h e t e r o g e n e o u s n u c l e a t i o n o f t h e o r - l a t h s d u r i n g c o o l i n g . 3 3 6 ( 3 ) T h e m i c r o s t r u c t u r e o f P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - l B a l l o y s w a s s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h a t o f t h e a s — c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y s . T h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e , w h i c h c o n t a i n e d b o t h l e n t i c u l a r a n d e q u i a x e d 0 L p h a s e . I t i s s u g g e s t e d t h a t t h e e q u i a x e d o r p h a s e w a s i n t r o d u c e d b y t h e r o l l i n g p r o c e s s a n d t h e f o l l o w i n g a n n e a l i n g t r e a t m e n t a t 7 6 0 ° C . T h e 0 1 - a n d B - l a t h w i d t h s o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w e r e i n t e r m e d i a t e t o t h o s e o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y a n d t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y . T h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d a n e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e a n d t h e e q u i a x e d o r g r a i n s i z e w a s s i g n i fi c a n t l y fi n e r t h a n t h a t o f t h e P M - r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e a p h a s e m o r p h o l o g y d i f f e r e n c e i n t h e P M r o l l e d a n d P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y s w e r e t h e r e s u l t o f d i f f e r e n t t h e r m o - m e c h a n i c a l p r o c e s s i n g r o u t e s . ( 4 ) T h e B - p h a s e f i e l d e x t r u s i o n i s e x p e c t e d t o h a v e a l i g n e d t h e { 1 1 0 } p l a n e s o f [ 3 - p h a s e p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . T h u s a f t e r t h e [ 3 9 o r p h a s e t r a n s f o r m a t i o n ( a c c o r d i n g t o t h e B u r g e r s o r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p ) , a s t r o n g ( i t - p h a s e t e x t u r e w a s d e v e l o p e d i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a n d t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . T h e E B S D a n d X R D d a t a i n d i c a t e d t h a t t h e ( i t - p h a s e b a s a l p l a n e ( 0 0 0 2 ) w a s p r e d o m i n a t e l y o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n a x i s . B a d d i t i o n s t e n d e d t o w e a k e n t h i s ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B , a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s , a n d t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y d i d n o t e x h i b i t a s t r o n g o r - p h a s e t e x t u r e . 3 3 7 2 . T e n s i l e P r o p e r t i e s ( 1 ) T h e 4 5 5 ° C t e n s i l e s t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s m o d u l u s v a l u e s o f t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x 8 a n d T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s e d B c o n c e n t r a t i o n s . T h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t i n t h e s e t w o a l l o y s y s t e m s r e s u l t e d f r o m b o t h t h e l o a d s h a r i n g b y t h e T 1 3 p h a s e a n d g r a i n r e fi n e m e n t e f f e c t i n t h e 0 t + B m i c r o s t r u c t u r e . T h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y h i g h e r U T S v a l u e s t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s a t 4 5 5 ° C . A t 4 5 5 ° C , 1 w t . % o f B a d d i t i o n r e s u l t e d i n 8 f v a l u e s l e s s t h a n 2 . 5 % i n b o t h a l l o y s y s t e m s . F r o m a d u c t i l i t y p o i n t o f v i e w , 0 . 1 w t . % o f B m a y b e o p t i m a l i n t h e s e t w o a s - c a s t a l l o y s y s t e m s . ( 2 ) T h e 4 5 5 ° C Y S a n d U T S v a l u e s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s w e r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h i s i s a r e s u l t o f t h e s m a l l e r g r a i n s i z e , o r - c o l o n y s i z e , a n d a - l a t h w i d t h i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e o n - p h a s e t e x t u r e i n c r e a s e d t h e E v a l u e s o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . T h e s t r e n g t h s o f t h e c a s t — a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s w e r e i n s e n s i t i v e t o B c o n t e n t a n d t h e i r 8 f v a l u e s w e r e a l l o v e r 8 % a t 4 5 5 ° C a n d 6 % a t R T . I n - s i t u t e n s i l e t e s t s a t 4 5 5 ° C i n d i c a t e s t h a t t h e B - m o d i fi e d a l l o y s e x h i b i t e d g l o b a l y i e l d i n g a b o v e t h e i r y i e l d s t r e s s e s a n d l o c a l s u r f a c e m i c r o c r a c k s i n t h e T i B w h i s k e r s w e r e o b s e r v e d a t s t r e s s e s w e l l b e l o w t h e g l o b a l y i e l d s t r e s s . ( 3 ) T h e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a n d a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e s i n c e s t r e n g t h i s v i r t u a l l y u n a f f e c t e d b y o r p h a s e m o r p h o l o g y . F r o m a d u c t i l i t y p o i n t o f v i e w , d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e s e x h i b i t h i g h e r 8 f v a l u e c o m p a r e d w i t h l e n t i c u l a r m i c r o s t r u c t u r e . T h i s e x p l a i n s w h y P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B 3 3 8 a l l o y e x h i b i t e d a h i g h e r ( i f v a l u e t h a n t h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y . F o r t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - l B a l l o y , t h e s m a l l e r e q u i a x e d 0 1 g r a i n s i z e , t h e o r p h a s e t e x t u r e a n d t h e a l i g n m e n t o f T i B p h a s e a l l c o n t r i b u t e d t o i t s h i g h e r t e n s i l e s t r e n g t h a n d Y o u n g ’ s m o d u l u s c o m p a r e d w i t h t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . ( 4 ) T h e s t r o n g o r - p h a s e t e x t u r e i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s a n d t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y r e s u l t e d i n t h e a n i s o t r o p y o f t e n s i l e s t r e n g t h . T h e Y S a n d U T S f o r t h e s e a l l o y s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n w e r e l o w e r t h a n i n t h e l o n g i t u d i n a l ( e x t r u s i o n ) d i r e c t i o n . T e n s i l e a n i s o t r O p y w a s n o t o b s e r v e d f o r t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y . A s t h e a — p h a s e t e x t u r e b e c a m e w e a k e r w i t h h i g h e r B c o n t e n t i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e t e n s i l e a n i s o t r o p y b e c a m e w e a k e r . I n f a c t , a t 4 5 5 ° C , t h e U T S d i f f e r e n c e b e t w e e n l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s d e c r e a s e d f r o m 1 0 3 M P a 9 8 7 M P a 9 3 5 M P a a s t h e B c o n t e n t i n c r e a s e d f r o m 0 w t . % 9 0 . 1 w t % 9 1 w t . % . S t i l l , a t 4 5 5 ° C , t h e U T S v a l u e s o f c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n w e r e a t l e a s t 4 8 % h i g h e r t h a n t h e U T S o f a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y . D u r i n g t h e i n - s i t u t e n s i l e t e s t s f o r t h e s e e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , d e b o n d i n g w a s n o t o b s e r v e d , i n d i c a t i n g a s t r o n g i n t e r f a c e b o n d b e t w e e n T i B a n d T i - 6 4 m a t r i x . 3 . F a t i g u e P r o p e r t i e s ( 1 ) T h e B - c o n t a i n i n g a s - c a s t a l l o y s e x h i b i t e d l o n g e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s t h a n t h o s e f o r a s - c a s t T i - 6 4 a t 4 5 5 ° C . T h i s w a s d u e t o d e c r e a s e d g r a i n a n d ( X - C O l O l ’ l y s i z e s , w h i c h e f f e c t i v e l y r e d u c e d t h e d i s l o c a t i o n s l i p l e n g t h . T E M a n a l y s i s o n a f a t i g u e - t e s t e d s a m p l e s h o w e d t h a t h i g h d i s l o c a t i o n d e n s i t i e s w e r e o n l y o b s e r v e d i n a r e a c l o s e t o g r a i n b o u n d a r i e s a n d d i s l o c a t i o n p i l e u p a t a g r a i n b o u n d a r y w a s a l s o o b s e r v e d . I n a d d i t i o n , 3 3 9 T i B w h i s k e r s a l s o e f f e c t i v e l y d e c r e a s e d t h e s l i p l e n g t h ( a n d i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n ) . T h i s i s s u p p o r t e d b y T E M o b s e r v a t i o n i n w h i c h l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s w e r e t r a p p e d b e t w e e n t w o T i B w h i s k e r s i n a f a t i g u e t e s t e d s a m p l e . A m o n g a l l a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e T i - 6 4 - 0 . I B a l l o y e x h i b i t e d t h e l o n g e s t a v e r a g e f a t i g u e l i v e s . T h i s w a s e x p l a i n e d t o b e a r e s u l t o f i t s h i g h e r 8 f v a l u e a n d b e t t e r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e . ( 2 ) T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s e x h i b i t e d g r e a t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e t h a n t h e a s - c a s t a l l o y s . T h i s w a s e x p l a i n e d t o b e a r e s u l t o f t h e s i g n i fi c a n t l y s m a l l e r g r a i n s i z e , o r - c o l o n y s i z e a n d o r - l a t h w i d t h s . T h e s t r o n g ( l l - p h a s e t e x t u r e , w i t h i n t h e ( 0 0 0 2 ) p l a n e p r e d o m i n a n t l y p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n ( t e n s i l e ) a x i s i s a l s o a n i m p o r t a n t f a c t o r f o r t h e b e t t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s . I n t h i s ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e , ‘ a ’ s l i p w i l l b e p r e v e n t e d s i n c e t h e r e i s n o r e s o l v e d s h e a r s t r e s s o n t h e b a s a l p l a n e . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s , T i - 6 4 e x h i b i t e d l o n g e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s t h a n B - m o d i fi e d T i - 6 4 . T h i s w a s e x p l a i n e d b y t h e g r e a t e r p r o p e n s i t y f o r t h e o r - p h a s e ( 0 0 0 2 ) p l a n e t o b e o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e e x t r u s i o n ( t e n s i l e ) a x i s f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y c o m p a r e d t o t h e B - c o n t a i n i n g c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . ( 3 ) T h e P M p r o c e s s e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s e x h i b i t e d b e t t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e t h a n t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e e q u i a x e d a - p h a s e i n t r o d u c e d i n t h e P M r o l l e d ( d u p l e x m i c r o s t r u c t u r e ) a n d P M e x t r u d e d ( e q u i a x e d m i c r o s t r u c t u r e ) a l l o y s p l a y e d a k e y r o l e s i n c e L C F b e h a v i o r o f T i a l l o y s i s f a v o r e d b y e q u i a x e d o r m o r p h o l o g y . T h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t m u c h b e t t e r f a t i g u e r e s i s t a n c e t h a n t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s i n c e t h e e q u i a x e d o n g r a i n s i z e o f t h e f o r m e r ( 3 . 6 p m ) i s o n l y a b o u t h a l f t h a t o f t h e l a t t e r ( 7 . 4 p m ) . S i m i l a r t o t h e s i t u a t i o n i n t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B 3 4 0 a l l o y s , t h e s t r o n g o r p h a s e t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y a l s o e n h a n c e d i t s f a t i g u e r e s i s t a n c e . ( 4 ) S i m i l a r t o t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m , 0 . 1 w t . % B a d d i t i o n a l s o l e d t o t h e l o n g e s t a v e r a g e f a t i g u e l i v e s a t 4 5 5 ° C f o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m . T h i s w a s e x p l a i n e d t o b e a r e s u l t o f t h e h i g h e r e r v a l u e a n d b e t t e r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e o f T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B a l l o y c o m p a r e d w i t h t h e o t h e r a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s . T h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - I B e x h i b i t e d t h e l o w e s t a v e r a g e f a t i g u e l i v e s a n d t h i s w a s s u g g e s t e d t o b e r e l a t e d t o t h e l o w 8 f v a l u e a n d p o o r f a t i g u e c r a c k g r o w t h r e s i s t a n c e e x h i b i t e d b y t h e T i - 6 2 4 Z S - 1 B a l l o y . C o m p a r e d t o t h e a s - c a s t T i - 6 4 - O . 1 B a l l o y , t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - 0 . 1 B a l l o y e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y l o n g e r a v e r a g e f a t i g u e l i v e s . ( 5 ) T h e i n - s i t u f a t i g u e c r a c k g r o w t h e x p e r i m e n t i n d i c a t e d t h a t T i B c o u l d a c t a s c r a c k i n i t i a t i o n s i t e s d u r i n g f a t i g u e t e s t s . I n a n i n - s i t u F C G t e s t p e r f o r m e d o n a n o t c h e d T i - 6 2 4 2 S - 0 . 4 B a l l o y , c r a c k s i n i t i a l l y f o r m e d i n t h e T i B w h i s k e r s a n d T i B / T i - 6 2 4 2 S i n t e r f a c e a h e a d o f t h e n o t c h . S l i p w a s t h e n o b s e r v e d i n t h e ( a t - p h a s e s u r r o u n d i n g t h e c r a c k e d T i B p h a s e f o l l o w e d b y ( J r - p h a s e c r a c k i n g . T h e c r a c k a t t h e T i B / T i - 6 2 4 2 S i n t e r f a c e g r e w p r o g r e s s i v e l y , c a u s i n g t h e fi n a l f a i l u r e o f t h e s a m p l e . ( 6 ) P r o c e s s i n g a n d B - a d d i t i o n s i g n i fi c a n t l y c h a n g e d t h e E L / U T S r a t i o o f t h e T i - 6 4 a n d T i - 6 2 4 Z S a l l o y s y s t e m s . T h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e h i g h e s t r a t i o ( 0 . 7 5 ) w h i c h e x c e e d e d t h e t y p i c a l r a n g e o f E L / U T S r a t i o n f o r T i a l l o y s ( 0 . 5 - 0 . 7 ) . T h e o t h e r B - m o d i fi e d a l l o y s t y p i c a l l y e x h i b i t e d E L / U T S r a t i o s b e t w e e n 0 . 5 - 0 . 7 . 3 4 ] 4 . C r e e p P r o p e r t i e s ( 1 ) F o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s , t h e b e n e fi c i a l a s p e c t s o f t h e t e n s i l e s t r e n g t h e n i n g t r a n s l a t e d i n t o e n h a n c e d c r e e p r e s i s t a n c e w i t h i n c r e a s e d B c o n t e n t f o r t h e a s - c a s t a l l o y s . T h e a s - c a s t T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d m i n i m u m c r e e p s t r a i n r a t e s t h a t w e r e a r o u n d a n o r d e r o f m a g n i t u d e l o w e r t h a n t h o s e f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 a l l o y a t t h e s a m e a p p l i e d s t r e s s a n d t e m p e r a t u r e . G r e a t e r B c o n t e n t s a l s o i n c r e a s e d t h e c r e e p - r u p t u r e t i m e s . T h e e n h a n c e d c r e e p r e s i s t a n c e w a s e x p l a i n e d t o b e a c o n s e q u e n c e o f t h e l o a d - s h a r i n g m e c h a n i s m b y t h e s t r o n g a n d s t i f f T i B w h i s k e r s t h a t p r e c i p i t a t e d u e t o B a d d i t i o n . I n a d d i t i o n , T i B w h i s k e r s w e r e a l s o e x p e c t e d t o e f f e c t i v e l y d e c r e a s e d t h e s l i p l e n g t h a n d t h u s i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n d u r i n g t h e c r e e p d e f o r m a t i o n . E v i d e n c e o f d i s l o c a t i o n s b u i l d i n g u p n e a r T i B w h i s k e r s w a s f o u n d t h r o u g h T E M o b s e r v a t i o n s . T h e c r e e p s t r e s s e x p o n e n t s ( n ) , w e r e g r e a t e r t h a n 8 . T h e a p p a r e n t a c t i v a t i o n e n e r g y ( Q a p p ) v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 7 5 - 3 9 5 k J / m o l a t o = 4 5 0 M P a ( s e e F i g u r e 4 . 5 6 a ) . S u c h v a l u e s a r e e x p e c t e d t o b e r e p r e s e n t a t i v e o f a d i s l o c a t i o n c l i m b w i t h l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n . ( 2 ) T h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - x B a l l o y s e x h i b i t e d s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r c r e e p r e s i s t a n c e t h a n t h e a s - c a s t a l l o y s d u e t o t e x t u r e w i t h i n t h e o r p h a s e , c a u s e d b y t h e B - p h a s e fi e l d e x t r u s i o n , a n d t h e s i g n i fi c a n t l y fi n e r l a t h w i d t h s . T h e fi n e l y s p a c e d l a t h b o u n d a r i e s w e r e e x p e c t e d t o i m p e d e d i s l o c a t i o n m o t i o n s d u r i n g t h e c r e e p d e f o r m a t i o n . F o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d c o n d i t i o n , t h e T i - 6 4 a l l o y e x h i b i t e d g r e a t e r c r e e p r e s i s t a n c e t h a n t h e T i - 6 4 - 1 8 a l l o y , w h i c h i n t u r n e x h i b i t e d g r e a t e r c r e e p r e s i s t a n c e t h a n t h e T i - 6 4 - 0 . 1 B a l l o y . T h i s w a s e x p l a i n e d b y t h e g r e a t e r p r o p e n s i t y f o r t h e b a s a l p l a n t o b e o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e t e n s i l e ( e x t r u s i o n ) a x i s f o r t h e T i - 6 4 c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y c o m p a r e d t o t h e B - m o d i fi e d c a s t - a n d - e x t r u d e d a l l o y s . T h e i m p r o v e d c r e e p r e s i s t a n c e w i t h i n c r e a s e d B 3 4 2 c o n c e n t r a t i o n f o r t h e c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 0 . l B a n d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e i n c r e a s e i n t h e v o l u m e p e r c e n t o f t h e T i B w h i s k e r s t h r o u g h l o a d s h a r i n g . F o r t h e c a s t - t h e n - e x t r u d e d a l l o y s , t h e n v a l u e s w e r e g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o 4 . 8 a t 4 0 0 ° C . S u c h v a l u e s a r e e x p e c t e d t o b e r e p r e s e n t a t i v e o f a d i s l o c a t i o n c l i m b m e c h a n i s m . T h e Q a p p v a l u e s r a n g e d b e t w e e n 2 8 7 - 3 0 1 k J / m o l a t 6 : 6 0 0 M P a , s u g g e s t i n g a l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n m e c h a n i s m . ( 3 ) A m o n g a l l T i — 6 4 - l B a l l o y s v i a d i f f e r e n t p r o c e s s i n g r o u t e s , t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y e x h i b i t e d t h e p o o r e s t c r e e p r e s i s t a n c e , a l t h o u g h i t s f a t i g u e r e s i s t a n c e w a s t h e g r e a t e s t . T h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e P M r o l l e d T i - 6 4 - I B a l l o y w a s i n t e r m e d i a t e t o t h e a s - c a s t a n d c a s t - a n d - e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y s . T h e d i f f e r e n c e o f t h e c r e e p r e s i s t a n c e w a s a r e s u l t o f d i f f e r e n t m i c r o s t r u c t u r e c a u s e d b y d i f f e r e n t p r o c e s s i n g . T h e fi n e e q u i a x e d o r g r a i n i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y d e g r a d e d i t s c r e e p r e s i s t a n c e s i g n i fi c a n t l y s i n c e t h e c r e e p p e r f o r m a n c e o f T i - 6 4 a l l o y i s f a v o r e d b y l e n t i c u l a r o r m o r p h o l o g y , n o t e q u i a x e d o n m o r p h o l o g y . T h e s t r e n g t h e n i n g e f f e c t b y 0 . p h a s e t e x t u r e i n t h e P M e x t r u d e d T i - 6 4 - 1 B a l l o y w a s o v e r s h a d o w e d b y t h e e q u i a x e d 0 1 m o r p h o l o g y . ( 4 ) F o r t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S a l l o y s y s t e m , t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 S - 1 B a l l o y t e n d e d t o e x h i b i t t h e l o w e s t m i n i m u m c r e e p s t r a i n r a t e s . T h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m w a s s i g n i fi c a n t l y g r e a t e r t h a n t h a t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . H o w e v e r , t h e a s - c a s t T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s y s t e m ’ s c r e e p r e s i s t a n c e d i d n o t i m p r o v e a s s i g n i fi c a n t l y w i t h i n c r e a s e d B c o n c e n t r a t i o n c o m p a r e d t o t h a t e x h i b i t e d b y t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m . I t i s b e l i e v e d t h a t t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f t h e T i B p h a s e m o r e c l o s e l y r e s e m b l e s t h a t o f t h e T i - 6 2 4 Z S t h a n t h e T i - 6 4 a l l o y . T h i s a l o n g w i t h t h e l o w e r T i B p h a s e v o l u m e f r a c t i o n i n t h e T i - 6 2 4 2 S - x B a l l o y s y s t e m c a n e x p l a i n t h e r e l a t i v e l y 3 4 3 s m a l l e f f e c t t h a t B h a s o n t h e c r e e p r e s i s t a n c e o f T i - 6 2 4 Z S c o m p a r e d t o t h a t o n T i - 6 4 . B a s e d o n t h e n a n d Q a p p v a l u e s a t t e s t e d s t r e s s / t e m p e r a t u r e c o n d i t i o n s , d i s l o c a t i o n c l i m b w i t h l a t t i c e s e l f d i f f u s i o n w a s s u g g e s t e d t o b e t h e d o m i n a n t c r e e p m e c h a n i s m . ( 5 ) T h e s e q u e n c e o f d e f o r m a t i o n f o r t h e T i - 6 4 - x B a n d T i - 6 2 4 2 8 - x B a l l o y s d u r i n g i n - s i t u t e n s i l e - c r e e p d e f o r m a t i o n w a s s i m i l a r t o t h a t f o u n d d u r i n g t h e t e n s i l e e x p e r i m e n t s . T i B w h i s k e r s e x h i b i t e d m i c r o c r a c k s a t l o w d i s p l a c e m e n t l e v e l s a n d t h e s e c r a c k s g r e w i n t o m a c r o c r a c k s a n d m u l t i p l i e d w i t h i n c r e a s e d c r e e p s t r a i n a n d t i m e . T h e n l o c a l i z e d s l i p i n t h e a + fi m i c r o s t r u c t u r e i n i t i a t e d a f t e r t h e T i B w h i s k e r c r a c k i n g b e c a m e e x t e n s i v e . D e f o r m a t i o n c o n t i n u e d v i a l a r g e s t r a i n p l a s t i c i t y i n t h e a + l 3 m i c r o s t r u c t u r e f o l l o w e d b y v o i d f o r m a t i o n a n d c o a l e s c e n c e a n d c r a c k f o r m a t i o n i n t h e o c + B p h a s e s b e f o r e fi n a l d u c t i l e f r a c t u r e . C r a c k i n g w a s p a r t i c u l a r l y e v i d e n t a t t h e o r / B i n t e r f a c e s . 5 . C r e e p - F a t i g u e I n t e r a c t i o n ( l ) T h e s t r a i n - t i m e e v o l u t i o n d u r i n g t h e f a t i g u e e x p e r i m e n t s r e s e m b l e d t h a t o f t h e c r e e p e x p e r i m e n t s . T h u s i t w a s e x p e c t e d t h a t c r e e p o c c u r r e d d u r i n g t h e e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e f a t i g u e e x p e r i m e n t s . T h e s t r a i n w h i c h w a s e x p e c t e d t o b e d u e t o c r e e p w a s e x t r a c t e d f r o m t h e f a t i g u e t e s t s . T h i s s t r a i n w a s a l w a y s l o w e r t h a n t h a t f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t s a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e s / m a x i m u m s t r e s s e s c o m b i n a t i o n s . A l t h o u g h t h e s a m p l e s d u r i n g t h e f a t i g u e t e s t s o n l y e x p e r i e n c e d t h e m a x i m u m s t r e s s o n c e i n e v e r y c y c l e , i n s e v e r a l c a s e s t h e m i n i m u m f a t i g u e - c r e e p s t r a i n r a t e w a s f a i r l y c l o s e t o t h e m i n i m u m c r e e p s t r a i n r a t e f o r t h e c o n v e n t i o n a l c r e e p t e s t . T h e l a r g e a m o u n t o f d i s l o c a t i o n s g e n e r a t e d b y f a t i g u e p r o c e s s m a y h a v e f a c i l i t a t e d t h e c r e e p d e f o r m a t i o n p r o c e s s a n d i n c r e a s e d t h e s t r a i n r a t e . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e d e f e c t s i n d u c e d b y f a t i g u e 3 4 4 ( s u c h a s m i c r o - v o i d s ) a l s o i n c r e a s e d t h e c r e e p r a t e . T h e f a t i g u e - c r e e p c u r v e f o r a b r o k e n a s - c a s t T i - 6 4 - 0 . 1 B s a m p l e e n t e r e d t e r t i a r y c r e e p r e g i m e d u e t o t h e f a t i g u e d a m a g e o c c u r r e d d u r i n g t h e t e s t . 3 4 5 C . R e c o m m e n d a t i o n s f o r F u t u r e W o r k ( 1 ) T h e o p t i m u m B - c o n t e n t f o r t h e a s - c a s t T i - 6 4 - x B a n d a s - c a s t T i - 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m s n e e d s t o b e d e t e r m i n e d . S u c h a B - c o n t e n t c o u l d l e a d t o t h e b e s t c o m b i n a t i o n o f e l e v a t e d - t e m p e r a t u r e t e n s i l e , f a t i g u e , a n d c r e e p r e s i s t a n c e . ( 2 ) E x p e r i m e n t s f o r m e a s u r i n g t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( E v a l u e , Y S , a n d U T S ) o f T i B s i n g l e c r y s t a l s n e e d t o b e d e s i g n e d . C u r r e n t l y o n l y v a l u e s f r o m c a l c u l a t i o n s a r e a v a i l a b l e i n t h e l i t e r a t u r e a n d t h e r e i s a l a r g e d a t a s c a t t e r f o r t h e T i B E v a l u e s ( 3 7 l ~ 4 8 5 G P a ) . T h e e x p e r i m e n t a l v a l u e s a r e n e c e s s a r y f o r b u i l d i n g u p c o n s t i t u t i v e m o d e l s t o s i m u l a t e t h e m e c h a n i c a l b e h a v i o r o f T i B - r e i n f o r c e d T i a l l o y s . ( 3 ) I n t h i s w o r k , T i B h a s b e e n s u g g e s t e d t o r e d u c e t h e ( 0 0 0 2 ) t e x t u r e o f a - T i d u r i n g t h e B - p h a s e fi e l d e x t r u s i o n . T h i s e f f e c t n e e d s t o b e c o n fi r m e d a n d q u a n t i fi e d . ( 4 ) T h e c r e e p - f a t i g u e i n t e r a c t i o n s i n t h e T i - 6 4 - x B a l l o y s y s t e m n e e d t o b e s t u d i e d i n g r e a t e r d e t a i l . T h e r e s u l t s s h o u l d b e a n a l y z e d a n d c o m p a r e d w i t h t h e r e s u l t s a n d t h e o r i e s f o r p a r t i c l e - r e i n f o r c e d T i a l l o y s i n l i t e r a t u r e . ( 5 ) T h e i n - p h a s e a n d o u t - o f - p h a s e t h e r r n o m e c h a n i c a l f a t i g u e t e s t s n e e d t o b e p e r f o r m e d o n t h e T i - 6 4 - x B a n d T i ~ 6 2 4 Z S - x B a l l o y s y s t e m s s i n c e m a t e r i a l s u s e d i n a e r o s p a c e a p p l i c a t i o n s a r e s u b j e c t e d t o s t r e s s e s a n d t e m p e r a t u r e s t h a t c a n v a r y s i m u l t a n e o u s l y . 3 4 6 B I B L I O G R A P H Y A b k o w i t z S . M . , a n d A b k o w i t z 8 . , P r e s e n t a t i o n : T h e E a r l y D e v e l o p m e n t a n d R e c e n t A c h i e v e m e n t s i n P r o p e r t i e s a n d A p p l i c a t i o n s o f T i B R e i n f o r c e d T i t a n i u m A l l o y M a t r i x C o m p o s i t e s , T i t a n i u m A l l o y s M o d i fi e d w i t h B o r o n W o r k s h o p , D a y t o n , O H , ( 2 0 0 5 ) . A l l v a c t e c h n i c a l d a t a s h e e t . A v a i l a b l e f r o m : < h t t p : / / w w w . a l l v a c . c o m / a l l v a c / p a g e s / P D F / t e c h / T l - 0 4 0 % 2 0 T i % 2 0 6 - 4 . p d f > . B a n e r j e e R . , G e n e A . , C o l l i n s R C , a n d F r a s e r H . L . , M e t a l l u r g i c a l a n d M a t e r i a l s T r a n s a c t i o n s , 3 5 A , 2 1 4 3 - 2 1 5 2 , ( 2 0 0 4 ) . B a n e r j e e R . , G e n c A . , H i l l D . , C o l l i n s R C , a n d F r a s e r H . L . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 5 3 , 1 4 3 3 - 1 4 3 7 , ( 2 0 0 5 ) . B a r b o z a M . J . R . , P e r e z E . A . C . , M e d e i r o s M . M . , R e i s D . A . P . , N o n o M . C . A . , N e t o P P , a n d S i l v a C . R . M . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 4 2 8 , 3 1 9 - 3 2 6 , ( 2 0 0 6 ) . B e n s o n D . K . , S h a w G O . a n d G r o s s k r e J . C . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 3 A , 1 2 3 9 , ( 1 9 7 2 ) B h a t R . B . , T a m i r i s a k a n d a l a S . , M i r a c l e D . B , a n d R a v i , V . A . M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 3 6 A , 8 4 5 - 8 5 7 , ( 2 0 0 5 ) . B i e l e r T . R . , N i c o l a o u , R D , a n d S e m i a t i n S . L . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 3 6 A , l 2 9 - 1 4 0 , ( 2 0 0 5 ) . B i l o u s 0 . 0 . , A r t y u k h L . V . , B o n d a r A . A . , V e l i k a n o v a T . Y . , B u r k a M . P . , B r o d n i k o v s k y i M . P . , F o m i c h o v O . S . , T s y g a n e n k o N . I . , a n d F i r s t o v 8 . 0 . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 4 0 2 , 7 6 - 8 3 , ( 2 0 0 5 ) . B o e h l e r t C . J . , D i m i d u k D . M . , a n d H e m k e r K . J . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 4 6 , 2 5 9 - 2 6 7 , ( 2 0 0 2 ) . B o e h l e r t C . J . , C o w e n C . J . , T a m i r i s a k a n d a l a S . , M c E l d o w n e y D J . a n d M i r a c l e D . B . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 5 5 , 4 6 5 - 4 6 8 , ( 2 0 0 6 ) . B o e h l e r t C . J . , T a m i r i s a k a n d a l a S . , C u r t i n W . A . , a n d M i r a c l e D . B . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 6 1 , 2 4 5 - 2 4 8 , ( 2 0 0 9 ) . B o y e r R . , W e l s c h G . , a n d C o l l i n g s E . W . , M a t e r i a l s P r o p e r t i e s H a n d b o o k : T i t a n i u m A l l o y s , A S M I n t e r n a t i o n a l , M a t e r i a l s P a r k , O H , ( 1 9 9 4 ) . B u r g e r s W . G . , P h y s i c a , 1 , 5 6 1 - 5 8 6 , ( 1 9 3 4 ) . 3 4 7 G e n g K . , L u W . , Q i n Y . , a n d Z h a n g D . , M a t e r i a l s R e s e a r c h B u l l e t i n , 3 9 , 8 7 3 - 8 7 9 , ( 2 0 0 4 ) . C h a t t e r j e e A . , M e c k i n g H . , A r z t E . , a n d C l e m e n s H . M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g . A , 3 2 9 - 3 3 1 , 8 4 0 - 8 4 6 , ( 2 0 0 2 ) . C h e n W . R . , T r i a n t a fi l l o u J . , B e d d o e s J . , a n d Z h a o L . I n t e r m e t a l l i c s , 7 , 1 7 1 - 1 7 8 , ( 1 9 9 9 ) . C h e r u k u r i , B . , S r i n i v a s a n R , T a m i r i s a k a n d a l a S . , a n d M i r a c l e D . B . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 6 0 , 4 9 6 - 4 9 9 , ( 2 0 0 9 ) . C l a u e r A H , a n d W i l c o x B . A . M e t a l S c i e n c e J o u r n a l , 3 , 2 6 , ( 1 9 6 9 ) . C o b l e R . L . , J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i c s , 3 4 , 1 6 7 9 - 1 6 8 2 , ( 1 9 6 3 ) . D e c k e r B F , a n d K a s p e r J 8 . , A c t a C r y s t a l l o g r a p h i c a , 7 , 7 7 - 8 1 , ( 1 9 5 4 ) . D i e t e r G . E . , M e c h a n i c a l M e t a l l u r g y , 3 r d E d i t i o n , M c G r a w - H i l l , B o s t o n , M A , ( 1 9 8 6 ) . D u b e y S . , L i Y , R e e c e K . , S o b o y e j o W . O , a n d L e d e r i c h R . J . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 2 6 6 , 3 0 3 - 3 0 9 , ( 1 9 9 9 ) . E v a n s R . W . a n d W i l s h i r e B . , C r e e p o f M e t a l s a n d A l l o y s , T h e I n s t i t u t e o f M e t a l s , N e w Y o r k , N Y , ( 1 9 8 5 ) . E v a n s R . W . a n d W i l s h i r e B . , I n t r o d u c t i o n t o C r e e p , I O M C o m m u n i c a t i o n s L t d . , L o n d o n , 3 2 - 3 5 , ( 1 9 9 3 ) . E y l o n D . , B a r t e l T . L . , a n d R o s e n b l u m M . E . M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 1 1 A , 1 3 6 1 - 1 3 6 7 ( 1 9 8 0 ) 9 F l e g l e r S . L . , H e c k m a n J . W . J r . , K l o m p a r e n s K . L . , S c a n n i n g a n d T r a n s m i s s i o n E l e c t r o n M i c r o s c o p y : A n I n t r o d u c t i o n , W . H . F r e e m a n , N e w Y o r k , ( 1 9 9 3 ) p . 7 5 . F r o e s F . H . , S u r y a n a r a y a n a , a n d E l i e z e r D . , J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , 2 7 , 5 1 1 3 - 5 1 4 0 , ( 1 9 9 2 ) F r o e s F . H . , J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , 1 0 , 1 5 1 - 2 6 2 , ( 1 9 9 4 ) . F r o e s F . H . T i t a n i u m A l l o y s , H a n d b o o k o f A d v a n c e d M a t e r i a l s , E d i t e d b y J a m e s K . W e s s e l . J o h n W i l e y & S o n s , I n c . ( 2 0 0 4 ) . G a r o f a l o F . , F u n d a m e n t a l s o f C r e e p a n d C r e e p - R u p t u r e i n M e t a l s , T h e M a c m i l l a n C o m p a n y , N e w Y o r k , N Y , ( 1 9 6 5 ) . G e n e A . , B a n e r j e e R . , H i l l D . , a n d F r a s e r H . L . , M a t e r i a l s L e t t e r s , 6 0 , 8 5 9 - 8 6 3 , ( 2 0 0 6 ) . 3 4 8 G o d f r e y T . M . T . , W i s b e y A . , G o o d w i n P . S . , B a g n a l l K . , a n d W a r d - C l o s e C . M . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 2 8 2 , 2 4 0 - 2 5 0 , ( 2 0 0 0 ) . G o r s s e 8 . , M i r a c l e D . B . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 1 , 2 4 2 7 - 2 4 4 2 , ( 2 0 0 3 ) . G o v e r n m e n t C o n t r a c t N o . N A S I - 2 0 2 2 0 . H i g h S p e e d R e s e a r c h - A i r fi a m e T e c h n o l o g y R e p o r t : A i r fi a m e M a t e r i a l s & S t r u c t u r e s - 4 . 2 , 4 . 2 . 1 . 1 M e t a l l i c M a t e r i a l s . Y e a r l y R e p o r t : D a t a P a c k a g e t o S u p p o r t S e l e c t i o n o f A l t e r n a t i v e A l l o y s , P r i n c i p a l l y H i g h M o d u l u s M a t e r i a l s - E x t r u s i o n A p p l i c a t i o n s . P r e p a r e d b y t h e M c D o n n e l D o u g l a s C o r p o r a t i o n f o r t h e B o e i n g C o m p a n y , S e a t t l e , W A . 1 9 9 7 : 1 - 2 6 . H e r r i n g C . , J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i c s , 2 1 , 4 3 7 - 4 4 5 , ( 1 9 5 0 ) . H i l l i a r d J . E . , M e t a l P r o g r e s s , 7 8 , 9 9 - 1 0 0 , ( 1 9 6 4 ) . H y m a n M . E . , M c C u l l o u g h C . , L e v i C G , a n d M e h r a b i a n R . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 2 2 A , 1 6 4 7 - 1 6 6 2 , ( 1 9 9 1 ) . I v a s i s h i n O . M . , I n s t i t u t e f o r M e t a l P h y s i c s , U k r a i n e , p r i v a t e c o m m u n i c a t i o n , ( 2 0 0 5 ) . I v a s i s h i n O . M . , T e l i o v y c h R . V . , I v a n c h e n k o V . G . , T a m i r i s a k a n d a l a S . a n d M i r a c l e D . B . M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 3 9 A , 4 0 2 - 4 1 6 , ( 2 0 0 8 ) . H a y e s R . W . , V i s w a n a t h a n G B , a n d M i l l s M . J . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 0 , 4 9 5 3 - 4 9 6 3 , ( 2 0 0 2 ) . H e r t z b e r g W . R . , D e f o r m a t i o n a n d F r a c t u r e M e c h a n i c s o f E n g i n e e r i n g M a t e r i a l s 4 : } : E d i t i o n , J o h n W i l e y a n d S o n s , N e w Y o r k , N Y , ( 1 9 9 6 ) . K a w a b a t a K . , S a t o E . , a n d K u r i b a y a s h i K . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 5 0 , 5 2 3 - 5 2 7 , ( 2 0 0 4 ) . K l o o s t e r r n a n A . B . , K o o i B . J . , a n d D e H o s s o n J . T . M . , A c t a M a t e r i a l i a , 4 6 , 6 2 0 5 - 6 2 1 7 , ( 1 9 9 8 ) K o m i z o Y . , T e r a s a k i H . , I k e d a M . , N i s h i n o F . , a n d T o u d a i K . , T i 2 0 0 7 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , E d i t e d b y N i i n o m i M . , A k i y a m a S . , H a g i w a r a M . , I k e d a M . , a n d M a r u y a m a K . , V o l . 1 , 7 4 1 - 7 4 5 , ( 2 0 0 7 ) . K o o i B . J . , P e i Y . T . , D e H o s s o n T . H . M . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 1 , 8 3 1 - 8 4 5 , ( 2 0 0 3 ) . K u m a r i S . , P r a s a d N . E . , R a v i C h a n d r a n , K S , a n d M a l a k o n d a i a h G . , J O M , 5 6 , 5 1 - 5 5 , ( 2 0 0 4 ) K u r z W . , a n d F i s h e r D . J . , F u n d a m e n t a l s o f s o l i d i fi c a t i o n . S w i t z e r l a n d : T r a n s T e c h , ( 1 9 8 4 ) 3 4 9 P ( a 1 r 9 t 9 h a 8 s ) a r a t h y T . A . , K e l l e r M . , a n d M e n d i r a t t a M . G . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 3 8 , 1 0 2 5 - 1 0 3 1 , L i e b e r m a n S . I . , P h . D t h e s i s : M i c r o s t r u c t u r a l C h a r a c t e r i z a t i o n , V i s u a l i z a t i o n , a n d S i m u l a t i o n o f T i - B M a t e r i a l s . G e o r g i a I n s i t i t u t e o f T e c h n o l o g y , ( 2 0 0 7 ) . L o n a r d e l l i I . , G e y N . , W e n k H . R . , H u m b e r t M . , V o g e l S C , a n d L u t t e r o t t i , L . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 5 , 5 7 1 8 - 5 7 2 7 , ( 2 0 0 7 ) . L u W . , Z h a n g D . , Z h a n g , X . , W u R . , S a k a t a T . , a n d M o r i H . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 4 4 , 2 4 4 9 - 2 4 5 5 , ( 2 0 0 1 ) . L u t j e r i n g G . , a n d W i l l i a m s J . C . , C h a p t e r 5 : A l p h a + B e t a A l l o y s , T i t a n i u m , S p r i n g e r - V e r l a g B e r l i n H e i d e l b e r g , ( 2 0 0 7 ) . M a X . , L i C . , D u Z . , a n d Z h a n g W . , J o u r n a l o f a l l o y s a n d c o m p o u n d s , 3 7 0 , 1 4 9 - 1 5 8 , ( 2 0 0 4 ) M a l a k o n d a i a h G . , a n d R a o P . R . , A c t a M e t a l l u r g i c a , 2 9 , 1 2 6 3 - 1 2 7 5 , ( 1 9 8 1 ) . M a l l i c k P . K . , F i b e r - r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s : m a t e r i a l s m a n u f a c t u r i n g a n d d e s i g n . N e w Y o r k : M a r c e l D e k k e r , ( 1 9 8 8 ) . M c B a g o n l u r i F . , A k p a n E . , M e r c e r C . , S h e n W . , a n d S o b o y e j o W . O . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 4 0 5 , 1 1 1 - 1 3 4 , ( 2 0 0 5 ) . M i s h r a R S . a n d B a n e r j e e D . , M a t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 1 3 0 , 1 5 1 - 1 6 4 , ( 1 9 9 0 ) . M i r a c l e D . B . , T a m i r i s a k a n d a l a S . , B h a t R . , S r i n i v a s a n R . a n d S c h w e n d i m a n K . , P r e s e n t a t i o n : T i - B A L L O Y T E C H N O L O G Y : A n I n t r o d u c t i o n a n d O v e r v i e w , T i t a n i u m A l l o y s M o d i fi e d w i t h B o r o n W o r k s h o p , D a y t o n , O H , ( 2 0 0 5 ) . M u r r a y J . L . , L i a o P . K . , a n d S p e a r K . E , E d i t e d b y : B a k e r H . , B i n a r y A l l o y P h a s e D i a g r a m . M a t e r i a l s P a r k , O H : A S M I n t e r n a t i o n a l , ( 1 9 9 2 ) . N a b a r r o F . R . N . , R e p o r t i n C o n f e r e n c e o n S t r e n g t h o f S o l i d s , T h e P h y s i c a l S o c i e t y , L o n d o n , ( 1 9 4 8 ) . N a l l a R . K . , A l t e n b e r g e r I . , N o s t e r U . , L i u G . , S c h o l t e s B . , R i t c h i e R . O . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 3 5 5 , 2 1 6 - 2 3 0 , ( 2 0 0 3 ) . P a l t y A . E . , M a r g o l i n H . , a n d N i e l s e n J . P . , T r a n s a c t i o n s o f t h e A S M , 4 6 , 3 1 2 - 3 2 8 , ( 1 9 5 4 ) . P a n d a K B , a n d R a v i C h a n d r a n K . S . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 4 , 1 6 4 1 - 1 6 5 7 , ( 2 0 0 6 ) . P a t o n N . E . , B a g g e r l y R . G . , W i l l i a m s J . C . , R o c k w e l l R e p o r t S C 5 2 6 . 7 F R , ( 1 9 7 6 ) . 3 5 0 P e n g Z , B h a d u r i 8 . 3 . , a n d W a t t G . L . , A d v a n c e d S y n t h e s i s a n d P r o c e s s i n g o f C o m p o s i t e s a n d A d v a n c e d C e r a m i c s 1 1 , e d i t e d b y L o g a n K . V . , M u n i r Z . A . , a n d S p r i g g s R . M . , 1 1 - 1 8 , ( 1 9 9 6 ) P e t e r s M . , a n d L u t j e r i n g G . , R e p o r t C S - 2 9 3 3 , E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s i t i t u t e , ( 1 9 8 3 ) . P e t e r s M . , P r o c e e d i n g s o f T i t a n i u m ’ 8 0 S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , v o l . 1 , p p . 1 7 7 7 , T M S - A I M E , E d i t e d b y K i m u r a H , a n d I z u m i O . , ( 1 9 8 1 ) . P e t e r s M . , H e m p t e n m a c h e r J . , K u m p f e r t J . , a n d L e y e n s C . , S t r u c t u r e a n d P r o p e r t i e s o f T i a n d T i a l l o y s , i n : T i a n d T i a l l o y s , e d i t e d b y L e y e n s C . , a n d P e t e r s M . W i l e y - V C H G m b H & C o . K G a A , ( 2 0 0 3 ) . P o r t e r J . R . , A d v a n c e d T i - B a s e d M M C D e v e l o p m e n t , W L - T R - 9 5 - 4 0 3 4 , I n t e r i m R p t W r i g h t P a t t e r s o n A i r F o r c e B a s e , D a y t o n , O h i o , ( 1 9 9 5 ) . P r a t t a n d W h i t n e y p r i v a t e c o m m u n i c a t i o n , ( 2 0 0 3 ) . R a j R . a n d A s h b y M . F . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 2 , 1 1 1 3 - 1 1 2 3 , ( 1 9 7 ] ) . R a v i C h a n d r a n K . S . , P a n d a K . B . , a n d S a h a y S . S . , J O M , 5 6 , 4 2 - 4 8 , ( 2 0 0 4 ) . R e a d H . G . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 3 6 , 9 2 1 - 9 2 8 , ( 1 9 9 7 ) . R e i s D . A . P . , S i l v e C . R . M . , N o n o M . C . A . , B a r b o z a , M . J . R . , N e t o F . P . , a n d P e r e z E . A . C . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A . , 3 9 9 , 2 7 6 - 2 8 0 , ( 2 0 0 5 ) . R h e e S . I . , N a m S . W . , a n d H a g i w a r a M . , J o u r n a l o f A l l o y s a n d C o m p o u n d s , 3 5 9 , 1 8 6 - 1 9 2 , ( 2 0 0 3 ) R o y S . , G u r a o N . , S u w a s S , T a m i r i s a k a n d a l a S . , S r i n i v a s a n R . a n d M i r a c l e D . B . , P r o c e e d i n g s o f [ C O T 0 M 1 5 t h , P i t t s b u r g h , P A . p p . 5 8 5 - 5 9 2 , ( 2 0 0 8 ) . R u s i n g J . , a n d H e r z i g C h r . , I n t e r m e t a l l i c s , 4 , 6 4 7 — 6 5 7 , ( 1 9 9 6 ) . S a h a y S . S . , R a v i C h a n d r a n K . S . , A t r i R . , C h e n 8 . , a n d R u b i n J . , J o u r n a l o f M a t e r i a l s R e s e a r c h , 1 4 , 4 2 1 4 - 4 2 2 3 , ( 1 9 9 9 ) . S a i t o T . , J o u r n a l o f M e t a l s , 5 6 , 3 3 - 3 6 , ( 2 0 0 4 ) . S a i t o T . , P r e s e n t a t i o n : T i - T i B A l l o y f o r A u t o m o b i l e U s e , T i t a n i u m A l l o y s M o d i fi e d w i t h B o r o n W o r k s h o p , D a y t o n , O H , ( 2 0 0 5 ) . S a n s o z F . , a n d G h o n e m H . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n s , 3 4 A , 2 5 6 5 - 2 5 7 7 , ( 2 0 0 3 ) . 3 5 1 S c h i j v e J . , C h a p t e r 8 : F a t i g u e C r a c k G r o w t h - A n a l y s i s a n d P r e d i c t i o n s , F a t i g u e o f s t r u c t u r e s a n d M a t e r i a l s , S p r i n g e r S c i e n c e + B u s i n e s s M e d i a , B . V , 2 0 0 9 , 2 n d e d i t i o n S c h u h C . , a n d D u n a n d D . C . , I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P l a s t i c i t y , 1 7 , 3 1 7 - 3 4 0 , ( 2 0 0 1 ) . S c h w e n d i m a n K . A . , M a s t e r s t h e s i s , p p . 5 9 , A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A i r F o r c e B a s e , O h i o , ( 2 0 0 7 ) . S e m i a t i n S . L . , a n d B i e l e r T . R . , A c t a M a t e r i a l i a , 4 9 , 3 5 6 5 - 3 5 7 3 , ( 2 0 0 1 ) . S e n 1 . , T a m i r i s a k a n d a l a 8 . , M i r a c l e D B , a n d R a r n a m u r t y U . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 5 , 4 9 8 3 - 4 9 9 3 , ( 2 0 0 7 ) . S e w a r d G . G . E . , C e l o t t o 8 . , P r i o r D . J . , W h e e l e r J . , a n d P o n d R . C . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 2 , 8 2 1 - 8 3 2 , ( 2 0 0 4 ) . S m i t h P . R . , R o s e n b e r g e r A . H . , a n d S h e p a r d M . J . , S c r i p t a M e t a l l u r g i c a , 4 1 , 2 2 1 - 2 2 8 , ( 1 9 9 9 ) S o b o y e j o W . O . , L e d e r i c h R . J . , a n d S a s t r y S . M . L . A c t a M e t a l l u r g i c a M a t e r i a l i a , 4 2 , 2 5 7 9 - 2 5 9 1 , ( 1 9 9 4 ) . S o b o y e j o W . O . , L e d e r i c h R . J . , S r i v a t s a n T S , a n d R e e c e K . , M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f D a m a g e T o l e r a n t T i B W h i s k e r R e i n f o r c e d I n — S i t u T i t a n i u m M a t r i x C o m p o s i t e s , P r o c e e d i n g s o f a s y m p o s i u m o n I n t r i n s i c a n d E x t r i n s i c F r a c t u r e M e c h a n i s m s i n I n o r g a n i c C o m p o s i t e S y s t e m s s y m p o s i u m s p o n s o r e d b y T h e M i n e r a l s , M e t a l s , a n d M a t e r i a l s S o c i e t y ( T M S ) , p p . 1 6 7 - 1 8 2 , P e n n s y l v a n i a , T M S , ( 1 9 9 5 ) . S o b o y e j o W . O . , S h e n W . , a n d S r i v a t s a n T . S . , M e c h a n i c s o f M a t e r i a l s , 3 6 , 1 4 1 - 1 5 9 , ( 2 0 0 4 ) S t u b b i n g t o n C . A . , a n d B o w e n A . W . , J o u r n a l o f M a t e r i a l s S c i e n c e , 9 , 9 4 1 - 9 4 7 , ( 1 9 7 4 ) . T a m i r i s a k a n d a l a S . , B h a t R . B . , R a v i V . A . , a n d M i r a c l e D . B . , J O M , 5 6 , 6 0 - 6 3 , ( 2 0 0 4 ) . T a m i r i s a k a n d a l a , 8 . , M i r a c l e D . B . , S r i n i v a s a n R . , a n d G u n a s e k e r a J . S . , A d v a n c e d M a t e r i a l s a n d P r o c e s s e s , 1 2 , 4 1 - 4 3 , ( 2 0 0 6 ) . T a m i r i s a k a n d a l a S . , a n d M i r a c l e D . B . , A fl o r d a b l e m e t a l m a t r i x c o m p o s i t e s f o r h i g h p e r f o r m a n c e a p p l i c a t i o n 1 1 p r o c e e d i n g s , E d i t e d b y P a n d e y A . E . , K e n d i g K L , a n d L e w a n d o w s k i J . p p . 1 8 5 - 1 9 4 , ( 2 0 0 3 ) . T a m i r i s a k a n d a l a S . , B h a t R . B . , T i l e y J . S . , a n d M i r a c l e D . B . , S c r i p t a M a t e r i a l i a , 5 3 , 1 4 2 1 - 1 4 2 6 , ( 2 0 0 5 ) . T a m i r i s a k a n d a l a S . , B h a t R . B . , M i r a c l e D . B . , B o d d a p a t i S . , B o r d i a R . , V a n o v e r R . , a n d V a s u d e v a n V . K . S c r i p t a M a t e r i a l i a , 5 3 , 2 1 7 - 2 2 2 , ( 2 0 0 5 ) . 3 5 2 T h e J e t E n g i n e , T e c h n i c a l P u b l i c a t i o n s D e p a r t m e n t , R o l l s - R o y c e p l c , D e r b y , E n g l a n d , ( 1 9 9 6 ) T i a n Y . S . , Z h a n g Q . Y . , W a n g D . Y . , a n d C h e n C . Z . , C r y s t a l G r o w t h a n d D e s i g n , 8 , 7 0 0 - 7 0 3 , ( 2 0 0 8 ) . T r o j a h n W . , D i p l o m a t h e s i s , R u h r U n i v e r s i t y B o c h u m , ( 1 9 8 0 ) . V a n A c k e r K . , R o o t J . , V a n H o u t t e P . , a n d A e m o u d t E . , A c t a M a t e r i a l i a , 4 4 , 4 0 3 9 - 4 0 4 9 , ( 1 9 9 6 ) V r e e l i n g J . A . , O c e l i k V . , a n d D e H o s s o n J . T . M . , A c t a M a t e r i a l i a , 5 0 , 4 9 1 3 - 4 9 2 4 , ( 2 0 0 2 ) . W a g n e r L . , B i g o n e y J . K . , F a t i g u e o f T i t a n i u m A l l o y s . p p . 1 5 3 - 1 8 5 , i n : L e y e n s C . , P e t e r s M . , T i t a n i u m a n d T i t a n i u m A l l o y s : F u n d a m e n t a l s a n d A p p l i c a t i o n s , W I L E Y - V C H V e r l a g G m b H & C o . K G a A , W e i n h e i m ( 2 0 0 3 ) . W e e r t m a n J . , J o u r n a l o f t h e M e c h a n i c s a n d P h y s i c s o f S o l i d s , 4 , 2 3 0 - 2 3 4 , ( 1 9 5 6 ) . W e e r t m a n J . , T r a n s a c t i o n s o f t h e A m e r i c a n S o c i e t y f o r M e t a l s , 6 1 , 6 8 1 - 6 9 4 , ( 1 9 6 8 ) . W e l l s O H , a n d S u l l i v a n C . P . , T r a n s a c t i o n s o f A S M , 6 2 , 2 6 3 , ( 1 9 6 9 ) . W e s t M . L . , E a r l y G r e e k P h i l o s o p h y a n d t h e O r i e n t , O x f o r d : C l a r e n d o n P r e s s , ( 1 9 7 1 ) . W i l l i a m s J . C . , P r o c e e d i n g s o f T i t a n i u m ’ 8 0 , S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , v o l . 1 , p p . 6 7 1 , E d i t e d b y K i m u r a H . , a n d I z u m i O . T M S - A I M E , ( 1 9 8 1 ) . Y a n g W . Y . , Y i H Q , a n d P e t r i c A . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s a c t i o n , 2 6 A , 3 0 7 3 - 3 0 4 3 , ( 1 9 9 5 ) . Y o l t o n F . A t o m i z a t i o n o f T i a l l o y s c o n t a i n i n g b o r o n . P r e s e n t a t i o n a t t h e 1 3 8 t h T M S A n n u a l M e e t i n g a n d E x h i b i t i o n . O r l a n d o , F L . F e b . 2 5 t h t o M a r . 1 ‘ “ , ( 2 0 0 7 ) . Z a r k a d e s A . , L a r s o n F . R . , T h e S c i e n c e , T e c h n o l o g y a n d A p p l i c a t i o n o f T i t a n i u m , P e r g a m o n P r e s s , O x f o r d , U K , ( 1 9 7 0 ) . Z e n g L . , a n d B i e l e r T . R . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 3 9 2 , 4 0 3 - 4 1 4 , ( 2 0 0 5 ) . Z h a n g X . , X u Q . , H a n . J , a n d K v a n i n V . L . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g A , 3 4 8 , 4 1 - 4 6 , ( 2 0 0 3 ) . Z h u J . , K a m i y a A . , Y a m a d a T . , S h i W . , a n d N a g a n u m a K . , M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e e r i n g A , 3 3 9 , 5 3 - 6 2 , ( 2 0 0 3 ) . 3 5 3