Влияние режимов горячей деформации и термической обработки на структуру и механические свойства сплава на основе орторомбического алюминида титана ВИТ1

Исследовано влияние деформационно-термической обработки на структуру и механические характеристики сплава на основе орторомбического алюминида титана ВИТ1 в горячекатаном состоянии. Проведено изучение эволюции микроструктуры и механического поведения сплава при горячей деформации в температурном интервале 850–1050 °С. Установлено, что при температуре t = 950 °С, скорости деформации ε· = 5 ·10^–4 с^–1 и степени деформации ε = 70 % в сплаве, вследствие протекания при горячей деформации процессов рекристаллизации и сфероидизации, формируется микроструктура с размером зерен ~1 мкм, состоящая из β-, α₂ и О-фаз. Показано, что повышение температуры деформации ведет к растворению частиц О-фазы и резкому замедлению развития динамической рекристаллизации. Всесторонней изотермической ковкой получены заготовки с однородной мелкозернистой структурой и исследовано влияние термической обработки (закалки и старения) на структуру и механические свойства сплава. По результатам предварительного изучения влияния температуры нагрева на структуру и свойства сплава определены интервалы температур закалки и старения. Показано, что наиболее сбалансированный уровень прочности, пластичности и жаропрочности получен после термической обработки при следующих условиях: выдержка 4 ч при t = 1025 °С с последующей закалкой на воздухе, старение 850 °С в течение 6 ч. 

1. НИЦ «Курчатовский институт». Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов. Плиты из интерметаллидного титанового сплава марки ВИТ1. URL: https://catalog.viam.ru/catalog/vit1/plity-iz-intermetallidnogo-titanovogosplava-marki-vit1/ (дата обращения: 28.02.2024).

2. Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Панин П.В. Исследование структуры и фазового состава опытного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ti2AlNb в деформированном состоянии. Титан. 2014;(4):12—17.

3. Каблов Е.Н., Иванов В.И., Анташев В.Г., Савельева Ю.Г. Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него: Патент 2001125968/02 (РФ). 2003.

4. Sui X., Wang G., Liu Q., Liu Y., Chen Y. Fabricating Ti2AlNb sheet with tensile strength higher than 1500 MPa by hot packed rolling spark-plasma-sintered pre-alloyed Ti2AlNb powder at the B2 + O phase field. Journal of Alloys and Compounds. 2021;876:160110. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160110

5. Sui X.C., Liu Q., Luo S.Y., Liu Y.K., Li Z.L., Kang Q.X., Wang G.F. Achieving high ductility of Ti2AlNb sheet without sacrificing the tensile strength without post heat treatment. Materials Science & Engineering A. 2022;840:142897. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.142897

6. Yang Z., Liu H., Cui Z., Zhang H., Chen F. Refinement mechanism of centimeter-grade coarse grains in as-cast Ti2AlNb-based alloy during multi-directional forging. Materials & Design. 2022;225(5):111508. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111508

7. Wei J.-X., Jia Y., Zhang Y.-Y., Luo X.-Y., Zhao X.-X., Zhang C.-J., Cao S.-Z., Du Z.-H., Han J.-C. Effect of hot rolling process on the evolution of microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy foil during cold rolling. Materials Characterization. 2024;210:113784. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113784

8. Shagiev M.R., Salishchev G.A. Microstructure and mechanical properties of nanostructured intermetallic alloy based on Ti2AlNb. Materials Science Forum. 2008; 584—586(1):153—158. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.584586.153

9. Ночовная Н.А., Иванов В.И., Алексеев Е.Б., Кочетков А.С. Пути оптимизации эксплуатационных свойств сплавов на основе интерметаллидов титана. Авиационные материалы и технологии. 2012;S: 196—206.

10. Boehlert C.J., Miracle D.B. Part II. The creep behavior of Ti—Al—Nb O + bсс orthorhombic alloys. Metallurgical and Materials Transactions A. 1999;30:2349—2367. https://doi.org/10.1007/s11661-999-0244-0

11. Skvortsova S.V., Il’in А.А., Mamonov А.М., Nochovnaya N.А., Umarova О.Z. Structure and properties of semifinished sheet products made of an intermetallic refractory alloy based on Ti2AlNb. Materials Science. 2016;51(6):821—826. https://doi.org/10.1007/s11003-016-9907-3

12. Илларионов А.Г., Демаков С.Л., Водолазский Ф.В., Степанов С.И., Илларионова С.М., Шaбанов М.А., Попов А.А. Сплавы на основе орторомбического интерметаллида титана Ti2AlNb: фазовый состав, легирование, структура, свойства. Металлург. 2023;(3): 42—54. https://doi.org/10.52351/00260827_2023_03_42

13. Illarionov A.G., Demakov S.L., Vodolazsky F.V., Stepanov S.I., Illarionova S.M., Shabanov M.A., Popov A.A. Alloys based on orthorhombic titanium intermetallic compound Ti2AlNb: phase composition, alloying, structure, properties. Metallurgist. 2023;(3):42—54 (In Russ.).

14. Goyal K., Sardana N. Mechanical properties of the Ti2AlNb intermetallic: A review. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2021;74(8):1839—1853. https://doi.org/10.1007/s12666-021-02307-5

15. Zherebtsov S., Kudryavtsev E., Kostjuchenko S., Malysheva S., Salishchev G.. Strength and ductility-related properties of ultrafine grained two-phase titanium alloy produced by warm multiaxial forging. Materials Science and Engineering A. 2012;536:190—196. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.12.102

16. Zhang Y., Tian S., Jiang H., Zhang G., Zhang S., Lin H., Wang J. Research on hot deformation behavior of Mocontaining Ti2AlNb-based alloy. Advanced Engineering Materials. 2021;23(10):2100. https://doi.org/10.1002/adem.202100449

17. Wang W., Zeng W., Liu Y., Xie G., Liang X. Microstructural evolution and mechanical properties of Ti—22Al—25Nb (at. %) orthorhombic alloy with three typical microstructures. Journal of Materials Engineering and Performance. 2018;27:293—303. https://doi.org/10.1007/s11665-017-3040-9

18. Соколовский В.С., Волокитина Е.И., Салищев Г.А., Быков Ю.Г., Кярамян К.А. Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из интерметаллидного сплава на основе орторомбического алюминида титана: Патент 2800270 (РФ). 2023.

19. Соколовский В.С., Волокитина Е.И., Салищев Г.А., Быков Ю.Г., Кярамян К.А. Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из деформированных заготовок сплава на основе орторомбического алюминида титана: Патент 2790711 (РФ). 2023.

20. Хаджиева О.Г., Илларионов А.Г., Попов А.А. Влияние старения на структуру и свойства закаленного сплава на основе орторомбического алюминида титана (Ti2AlNb). Физика металлов и металловедение. 2014;115(1):14—22.

21. He D., Li L., Chi J., Zhang H., Zhang G., He G., Yan J., Zhang H., Guo W. Promoted phase transformation of α2 to O in Ti2AlNb alloy with improved mechanical performance via laser shock peening. Materials & Design. 2023;229:111900. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111900

22. Соколовский В.С., Волокитина Е.И., Салищев Г.А., Быков Ю.Г., Кярамян К.А. Способ изготовления лопаток газотурбинных двигателей из сплава на основе алюминида Ti2AlNb: Патент 2801383 (РФ). 2023.

23. Kaibyshev O.A. Superplasticity of alloys, intermetallics and ceramics. Berlin: Springer-Verlag, 1992. 317 p.

24. Qu S.J., Feng A.H., Shagiev M.R., Xie H., Li B.B., Shen J. Superplastic behavior of the fine-grained Ti—21Al—18Nb—1Mo—2V—0.3Si intermetallic alloy. Letters on Materials. 2018;8(4s):567—571. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-4-567-571

25. Wang W., Zeng W., Xue C., Liang X., Zhang J. Microstructure control and mechanical properties from isothermal forging and heat treatment of Ti—22Al—25Nb (at.%) orthorhombic alloy. Intermetallics. 2015;56:79—86. http://dx.doi.org/10.1016/j.intermet.2014.07.011

26. Wu Y., Fan R.-L., Zhou X.-J., Chen M.-H. Microstructure and hot flow stress at 970 °C of various heat-treated Ti2AlNb sheets. Rare Metals. 2020;39(6):695—706. https://doi.org/10.1007/s12598-020-01408-2