Mechanical properties of Ti-(Al3Ti+Al) and Ti-Al3Ti laminated composites

Laminated Ti(Al3Ti+Al) and TiAl3Ti composites have been synthesised with controlled temperature and treating time using 50, 100 and 150 μm thick titanium and 50 μm thick aluminium foils. Microstructural examinations showed that Al3Ti was the only phase formed during the reaction between Ti and Al. After 20 minutes of treating at 650°C, not all the aluminium was consumed and the composites consisted of alternating layers of Ti, Al and Al3Ti. After 60 minutes, the aluminium layers were completely consumed, resulting in microstructures with Ti residual layers alternating with the Al3Ti layers. Tensile strength, flexural strength and impact toughness measurements were performed on the materials with different microstructures to establish the properties and fracture behaviour. After 60 minutes of treating, all the composites had a higher yield strength, higher ultimate tensile strength and higher flexural strength than those composites after 20 minutes of treating produced with the same thickness of starting Ti foil. On the other hand, the strain at fracture and impact toughness of the composites behaved conversely. The results of the investigations indicated that the mechanical properties of the composites strongly depend on the thickness of the individual Ti layers and the presence of residual Al layers at the intermetallic centrelines.

---

Kompozyty warstwowe Ti-(Al3Ti+Al) oraz Ti-Al3Ti wytworzono w kontrolowanych warunkach, używając jako materiałów wyjściowych folii tytanowej o grubościach: 50, 100 i 150 µm oraz folii aluminiowej o grubości 50 µm. Mikroanaliza rentgenowska pozwoliła stwierdzić, że faza Al3Ti była jedyną fazą międzymetaliczną powstałą podczas reakcji między tytanem i aluminium w temperaturze 650°C niezależnie od czasu reakcji. Badania wykazały, że po 20 minutach wygrzewania aluminium nie w pełni przereagowało i dlatego kompozyty składały się z warstw Ti, Al oraz Al3Ti. Po 60 minutach wygrzewania kompozyty składały się już tylko z naprzemiennie ułożonych warstw Ti oraz Al3Ti. Wszystkie wytworzone kompozyty poddano próbie statycznej rozciągania, zginania trójpunktowego oraz udarności. Kompozyty składające się tylko z warstw Ti oraz Al3Ti charakteryzowały się większą granicą plastyczności, wytrzymałością na rozciąganie oraz zginanie w porównaniu do kompozytów Ti-(Al3Ti+Al). Z drugiej jednak strony kompozyty zawierające warstwy Ti, Al i Al3Ti charakteryzowały się większym wydłużeniem oraz wyższą udarnością. Rezultaty badań wykazały jednoznacznie, że właściwości mechaniczne kompozytów są silnie zależne od grubości indywidualnych warstw tytanu oraz od obecności warstw aluminium. Na podstawie analizy fraktograficznej dokonano oceny mechanizmów niszczenia tych materiałów ze szczególnym uwzględnieniem wpływu obecności warstw aluminium występujących pomiędzy warstwami fazy Al3Ti na propagację pęknięć.