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Direct electrochemical production of pseudo-binary Ti–Fe alloys from mixtures of synthetic rutile and iron(III) oxide
Journal of Materials Science ( IF 4.5 ) Pub Date : 2020-08-31 , DOI: 10.1007/s10853-020-05136-x Simon J. Graham , Lyndsey L. Benson , Martin Jackson
Journal of Materials Science ( IF 4.5 ) Pub Date : 2020-08-31 , DOI: 10.1007/s10853-020-05136-x Simon J. Graham , Lyndsey L. Benson , Martin Jackson
Combining the FFC-Cambridge process with field-assisted sintering technology (FAST) allows for the realisation of an alternative, entirely solid-state, production route for a wide range of metals and alloys. For titanium, this could provide a route to produce alloys at a lower cost compared to the conventional Kroll-based route. Use of synthetic rutile instead of high purity TiO2 offers further potential cost savings, with previous studies reporting on the reduction of this feedstock via the FFC-Cambridge process. In this study, mixtures of synthetic rutile and iron oxide (Fe2O3) powders were co-reduced using the FFC-Cambridge process, directly producing titanium alloy powders. The powders were subsequently consolidated using FAST to generate homogeneous, pseudo-binary Ti–Fe alloys containing up to 9 wt.% Fe. The oxide mixture, reduced powders and bulk alloys were fully characterised to determine the microstructure and chemistry evolution during processing. Increasing Fe content led to greater β phase stabilisation but no TiFe intermetallic phase was observed in any of the consolidated alloys. Microhardness testing was performed for preliminary assessment of mechanical properties, with values between 330–400 Hv. Maximum hardness was measured in the alloy containing 5.15 wt.% Fe, thought due to the strengthening effect of fine α phase precipitation within the β grains. At higher Fe contents, there was sufficient β stabilisation to prevent α phase transformation on cooling, leading to a reduction in hardness despite a general increase from solid solution strengthening.
中文翻译:
从合成金红石和氧化铁 (III) 的混合物直接电化学生产伪二元 Ti-Fe 合金
将 FFC-Cambridge 工艺与场辅助烧结技术 (FAST) 相结合,可以实现一种用于各种金属和合金的替代性、完全固态的生产路线。对于钛,与传统的基于 Kroll 的路线相比,这可以提供一条以更低的成本生产合金的路线。使用合成金红石代替高纯度 TiO2 可进一步节省成本,之前的研究报告称,通过 FFC-Cambridge 工艺减少了这种原料。在这项研究中,合成金红石和氧化铁 (Fe2O3) 粉末的混合物使用 FFC-剑桥工艺共同还原,直接生产钛合金粉末。随后使用 FAST 对粉末进行固结,以生成含有高达 9 wt.% Fe 的均质伪二元 Ti-Fe 合金。氧化物混合物,对还原粉末和块状合金进行了充分表征,以确定加工过程中的微观结构和化学演变。增加 Fe 含量导致更大的 β 相稳定性,但在任何固结合金中都没有观察到 TiFe 金属间相。进行显微硬度测试以初步评估机械性能,其值在 330-400 Hv 之间。在含有 5.15 wt.% Fe 的合金中测得最大硬度,认为是由于 β 晶粒内细小的 α 相析出的强化效应。在较高的 Fe 含量下,有足够的 β 稳定性来防止冷却时的 α 相变,尽管固溶强化普遍增加,但仍导致硬度降低。
更新日期:2020-08-31
中文翻译:
从合成金红石和氧化铁 (III) 的混合物直接电化学生产伪二元 Ti-Fe 合金
将 FFC-Cambridge 工艺与场辅助烧结技术 (FAST) 相结合,可以实现一种用于各种金属和合金的替代性、完全固态的生产路线。对于钛,与传统的基于 Kroll 的路线相比,这可以提供一条以更低的成本生产合金的路线。使用合成金红石代替高纯度 TiO2 可进一步节省成本,之前的研究报告称,通过 FFC-Cambridge 工艺减少了这种原料。在这项研究中,合成金红石和氧化铁 (Fe2O3) 粉末的混合物使用 FFC-剑桥工艺共同还原,直接生产钛合金粉末。随后使用 FAST 对粉末进行固结,以生成含有高达 9 wt.% Fe 的均质伪二元 Ti-Fe 合金。氧化物混合物,对还原粉末和块状合金进行了充分表征,以确定加工过程中的微观结构和化学演变。增加 Fe 含量导致更大的 β 相稳定性,但在任何固结合金中都没有观察到 TiFe 金属间相。进行显微硬度测试以初步评估机械性能,其值在 330-400 Hv 之间。在含有 5.15 wt.% Fe 的合金中测得最大硬度,认为是由于 β 晶粒内细小的 α 相析出的强化效应。在较高的 Fe 含量下,有足够的 β 稳定性来防止冷却时的 α 相变,尽管固溶强化普遍增加,但仍导致硬度降低。