ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ТИТАНА, ЛЕГИРОВАННОГО РЗМ

Продолжены исследования, посвященные изучению влияния микролегирования редкоземельным металлом гадолинием на формирование структуры и свойства титанового сплава при термическом воздействии. Как установлено ранее, введение в опытный жаропрочный сплав гадолиния способствует преобразованию структуры в литом состоянии, приводит к уменьшению размера структурных составляющих, а также воздействует на скорости роста и зарождения частиц. Выявлено, что дополнительное легирование гадолинием не оказывает существенного влияния на формирование микроструктуры горячекатаных листов из жаропрочного опытного сплава после отжига при температуре 950 °С. Структура представлена равноосными частицами первичной α-фазы, вторичной α-фазы пластинчатой морфологии и небольшим количеством β-фазы. Определено, что в процессе изотермической выдержки (t = 700 °С, τ = 100 ч) в частицах первичной α-фазы протекают процессы упорядочения и отмечается выделение частиц α2-фазы, а на межфазной α/β-границе – образование химических соединений в виде силицидов. Показано, что формирование α2-фазы происходит в теле частиц первичной α-фазы, а приграничные ее области свободны от выделений, что обусловлено их обеднением алюминием вследствие протекания β→α-превращения. Установлено, что с увеличением в сплаве содержания гадолиния размеры выделяющихся частиц силицида уменьшаются. Если в сплаве с 0 % Gd средний размер частиц составляет 0,2–0,3 мкм, то в сплаве с 0,2 % Gd он снижается до 0,05–0,1 мкм. Показано, что введение в жаропрочный титановый сплав 0,2 % Gd приводит к уменьшению глубины «альфированного» слоя, повышению на 30 % циклической долговечности и кратковременной прочности при температуре 700 °С.

жаропрочный титановый сплав, фазовый состав, структура, свойства, микролегирование, редкоземельный металл (РЗМ), гадолиний, механические свойства, малоцикловая усталость, кратковременная прочность, термическая обработка, отжиг, изотермическая выдержка

1. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

2. Siemers C., Brunke F., Laukart J., Hussain M.S., Rösler J., Saksl K., Zahra B. Rare earth metals in titanium alloys — a systematic study // Rare Earths. 2012. Vol. 1. P. 281—292.

3. Holm M., Ebel T., Dahms M. Investigations on Ti—6Al—4V with gadolinium addition fabricated by metal injection moulding // Mater. Design. 2013. Vol. 51. P. 943—948.

4. Hadi M., Meratian M., Shafyei A. The effect of lanthanum on the microstructure and high temperature mechanical properties of a beta-solidifying TiAl alloy // J. Alloys Compd. 2015. Vol. 618. P. 27—32.

5. Улякова Н.М. Влияние редкоземельных металлов на механические свойства и структуру жаропрочного титанового α-сплава // Металловедение и терм. обраб. металлов. 1994. No. 3. C. 3—9.

6. Вест А. Химия твердого тела. Теория и приложения. В 2 ч. Ч. 1 / Пер. с англ. М.: Мир, 1988.

7. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский А.М. и др. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

8. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справочник. М.: ВИЛС—МАТИ, 2009.

9. Савицкий Е.М. Редкоземельные металлы и перспективы их использования в промышленности // Вестн. АН СССР. 1960. No. 6. С. 81—89.

10. Скворцова С.В., Грушин И.А.., Сперанский К.А., Демамков А.А., Мамонова Н.А. Влияние дополнительного легирования гадолинием на структуру и свойства опытного жаропрочного титанового сплава в литом и деформированном состояниях // Tитан. 2017. No. 1. С. 4—9.

11. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Вершков А.В. Редкие металлы и редкоземельные элементы — материалы современных и будущих высоких технологий // Тр. ВИАМ. 2013. No. 2. С. 3—10.

12. Ночовная Н.А., Хорев А.И., Яковлев А.Л. Перспективы легирования титановых сплавов РЗЭ // Металловедение и терм. обраб. металлов. 2013. No. 8 (698). С. 18—23.

13. Song Lu, Qing-Miao Hu, Rui Yang, Börje Johansson, Levente Vitos. Rare earth elements in α-Ti: A first-principles investigation // Comput. Mater. Sci. 2009. Vol. 46. Iss. 4. P. 1187—1191.

14. Brunke F., Waalkes L., Siemers C. Deformability of the rare-earth metal modified metastabile-betta alloy Ti—15Mo // Int. J. Chem., Mol., Nucl., Mater. Metall. Eng. 2014. Vol. 8. No. 11. P. 1205—1209.

15. Tedenac J.-C., Ivanov M.I., Bulanova M.V., Berezutski V.V. Thermochemistry of binary liquid Gd—Ti and Tb—Ti alloys // J. Alloys Compd. 2005. Vol. 396. Iss. 1—2. P. L1—L3.

16. Xia K., Li W., Liu C. Effects of addition of rare earth element Gd on the lamellar grain sizes of a binary Ti—44Al alloy // Scr. Mater. 1999. Vol. 41. Iss. 1. P. 67—73.

17. Nie J.F., Majumdar A., Muddle B.C. Development of high temperature dispersion strengthening in rapidly quenched Al—Ti—X alloys // Mater. Sci. Eng. A. 1994. Vol. 179—180. Pt. 1. P. 619—624.

18. Ночовная Н.А., Яковлев А.Л., Алексеев Е.Б. Влияние гадолиния на жаропрочность сплава ВТ38 // Технол. легких сплавов. 2012. No. 1. С. 39—46.

19. Ulyakova N.M. Влияние редкоземельных металлов на механические свойства и структуру жаропрочного титанового α-сплава // Металловедение и терм. обраб. металлов. 1994. No. 3. С. 30—31.

20. Хорев А.И. Фундаментальные исследования легирования титановых сплавов редкоземельными элементами // Вестн. машиностроения. 2011. No. 11. С. 53—62.

21. Yong Liu, Lifang Chen, Weifeng Wei, Huiping Tang, Bin Liu, Baiyun Huang. Improvement of ductility of powder metallurgy titanium alloys by addition of rare earth elements // J. Mater. Sci. Technol. 2006. Vol. 22. No. 4. P. 465—469.

22. Hui-qun Liu, Dan-qing Yi, Wei-qi Wang, Li-ping Wang, Cai-hao Lian. Influence of Sc on high temperature strengthening behavior of Ti—6Al—4V alloy // Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2007. Vol. 17. P. 1212—1219.

23. Liu H.Q., Yi D.Q., Zheng F. The influence of Sc and α/β transformation of Ti // Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. A487. P. 58—63.

24. Скворцова С.В., Грушин И.А., Мамонтова Н.А., Сперанский К.А., Слезов С.С. Фазовые и структурные превращения в сплавах системы Ti—6Al—Sc // Титан. 2016. No. 2 (52). C. 12—18.

25. Определение величины газонасыщенного (альфированного) слоя на полуфабрикатах и изделиях из титановых сплавов: Произв. инструкция ПИ 1. 2.665-2003. М.: ВИАМ, 2003.

26. Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из титановых сплавов: Произв. инструкция ПИ 1.2.587-02. М.: ВИАМ, 2002.