Структура и фазовый состав сплава ВТИ-4 с разным содержанием водорода после закалки в температурном интервале 600-800°С

Металлургия и материаловедение

2024. Т. 31. № 3. С. 201-211.

Авторы

Пожога О. З.*, Шалин А. В.**, Румянцев К. ***, Тевс М. Д.****

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: umarovaoz2014@gmail.com
**e-mail: shalinaleks@yandex.ru
***e-mail: delorumyantseva@gmail.com
****e-mail: 89193220004@mail.ru

Аннотация

Рассмотрено изменение фазового состава и структуры титанового сплава ВТИ-4 на основе интерметаллида Ti2AlNb с разным содержанием водорода после закалки с температур в интервале 600–800°С. Установлено, что в зависимости от содержания водорода и температуры нагрева под закалку получают мелкодисперсную структуру сплава, которая может быть представлена двумя фазами β + О либо тремя фазами β + О + α2. Показано, что с повышением содержания водорода от исходного до 0,4 мас. % параметр решетки β-фазы увеличивается на 1% в связи с растворением в ней водорода. По результатам исследований построен участок диаграммы «фазовый состав сплава ВТИ-4 – концентрация водорода – температура нагрева под закалку» в интервале температур от 600 до 1200°С и содержанием водорода от исходного до 0,4 мас. %.

Ключевые слова:

жаропрочный сплав, интерметаллид титана Ti2AlNb, легирование водородом, закалка ортосплава, фазовый состав и структура ортосплава

Библиографический список

  1. Кашапов О.С., Новак А.В., Ночовная Н.А., Павлова Т.В. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД // Труды ВИАМ. 2013. №3. URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=20
  2. Banerjee D., Gogia A.K., Nandy T.K., Joshi V.A. A New Ordered Orthorombic phase in a Ti3AlNb alloy // Acts Metallurgica et Materialia. 1988. Vol. 36. No. 4, pp. 871–882. DOI: 10.1016/0001-6160(88)90141-1
  3. Banerjee D. The Intermetallic Ti2AlNb // Progress in Materials Science. 1997. Vol. 42. No. 1–4, рр. 135-158. DOI: 10.1016/S0079-6425(97)00012-1
  4. Gogia A.K., Nandy T.K., Banerjee D. et al. Microstructure and mechanical properties of orthorhombic alloys in the Ti-Al-Nb system // Intermetallics. 1998. Vol. 6. No. 7–8, pp. 741–748. DOI: 10.1016/S0966-9795(98)00044-2
  5. Kumpfert J., Kaysser W.A. Orthorombic Titanium Aluminides – Phases, Phase Transformation and Microstructure Evolution // International Journal of Materials Research. 2001. Vol. 92. No. 2, pp. 128–134. DOI: 10.3139/ijmr-2001-0028
  6. Попов А.А., Илларионов А.Г., Гриб С.В. и др. Фазовые и структурные превращения в сплаве на основе орторомбического алюминида титана // Физика металлов и металловедения. 2008. Т. 106. №4. С. 414–425.
  7. Chen W., Li J.W., Xu L., Lu B. Development of Ti2AlNb alloys: opportunities and challenges // AM&P Technical Articles. 2014. Vol. 172. No. 5, pp. 23–27. DOI: 10.31399/asm.amp.2014-05.p023
  8. Илларионов А.Г., Демаков С.Л., Водолазский Ф.В. и др. Сплавы на основе орторомбического интерметаллида титана Ti2AlNb: фазовый состав, легирование, структура, свойства // Металлург. 2023. № 3. С. 42–54. DOI: 10.52351/00260827_2023_03_42
  9. Умарова О.З., Пожога В.А., Бураншина Р.Р. Формирование структуры и механические свойства жаропрочного сплава на основе алюминида титана при термической обработке // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 160–169.
  10. Zhang H., Li C., Ma Z. et al. Morphology and quantitative analysis of O phase during heat treatment of hot-deformed Ti2AlNb-based alloy // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2018. Vol. 25. No. 19, pp. 1191–1200. DOI: 10.1007/s12613-018-1671-y
  11. He Y.S., Hu R., Luo W.Z. et al. Microstructure and mechanical properties of a new Ti2AlNb-based alloy after aging treatment // Rare Metals. 2018. Vol. 37. No. 4, pp. 942–951. DOI: 10.1007/s12598-018-1107-x
  12. Goyal K., Sardana N. Phase stability and microstructural evolution of Ti2AlNb alloys–a review // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 41. Part 4, pp. 951–968. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.925
  13. Tian X., Wu J., Lu Z. et al. Effects of Cooling Rate on the Microstructure and Tensile Properties of Powder Metallurgy Ti2AlNb Alloy // JOM: The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2022. Vol. 74. No. 8, pp. 2964–2972. DOI: 10.1007/s11837-022-05338-5
  14. Wang G., Yang J., Xueyan J. Microstructure and mechanical properties of Ti–22Al–25Nb alloy fabricated by elemental powder metallurgy // Materials Science Engineering A. 2016. Vol. 654, pp. 69–76. DOI: 10.13140/RG.2.1.2011.9121
  15. Grigoriev A., Polozov I., Sufiiarov V., Popovich A. In-situ synthesis of Ti2AlNb-based intermetallic alloy by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 704, pp. 434–442. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.086
  16. Балякин А.В., Скуратов Д.Л., Хаймович А.И., Олейник М.А. Применение прямого лазерного сплавления металлических порошков из жаропрочных сплавов в двигателестроении // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 202–217. DOI: 10.34759/vst-2021-3-202-217
  17. Soliman H.A., Elbestawi M. Titanium aluminides processing by additive manufacturing – a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 119, pp. 5583–5614. DOI: 10.1007/s00170-022-08728-w
  18. Froes F.H., Senkov O.N., Qazi J.I. Hydrogen as a temporary alloying element in titanium alloys: thermohydrogen processing // International Materials Reviews. 2004. Vol. 49. No. 3–4, pp. 227–245. DOI: 10.1179/095066004225010550
  19. Ilyin A.A., Mamonov A.M., Kollerov M.Yu. Development of a thermohydrogen treatment technology for titanium alloys: scientific foundations and principles // Physics of the Solid State. 1994. Vol. 36. No. 4, pp. 157–161.
  20. Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов А.М. Водородная технология титановых сплавов. – М.: МИСиС, 2002. – 389 с.
  21. Носов В.К., Ильин А.А., Мамонов А.М., Овчинников А.В. Обоснование и опыт применения водородного пластифицирования при изготовлении полуфабрикатов и изделий из сплава на основе интерметаллида Ti3Al // Технология легких сплавов. 2002. № 3. С. 18–24.
  22. Ovchinnikov A., Skvortsova S., Mamonov A., Yermakov E. Influence of hydrogen on plastic flow of the titanium and its alloys // Acta Metallurgica Slovaca. 2017. Vol. 23. No. 2, pp. 122–134. DOI: 10.12776/ams.v23i2.916
  23. Ильин А.А., Мамонов А.М. Температурно-концентрационные диаграммы фазового состава водородсодержащих многокомпонентных сплавов на основе титана // Металлы. 1994. № 5. С. 71–75.
  24. Ильин А.А., Скворцова С.В., Засыпкин В.В. и др. Влияние дополнительного легирования водородом на формирование фазового состава и структуры титанового сплава Ti-8, 3Al-2,1Mo-2, 2Zr-0, 2Si // Металлы. 2011. № 6. С. 32–39.
  25. Мамонов А.М., Слезов С.С., Гвоздева О.Н. Управление фазовым составом, структурой и комплексом свойств высокомодульного титанового сплава методами термоводородной обработки // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2018. № 1. С. 53–63. DOI: 10.17073/0021-3438-2018-1-53-63
  26. Ito K., Zhang L.T., Vasudevan V.K., Yamaguchi M. Multiphase and microstructure effects on the hydrogen absorption/desorption behavior of a Ti–22Al–27Nb alloy // Acta Materialia. 2001. Vol. 49. No. 6, pp. 963–972. DOI: 10.1016/S1359-6454(00)00402-X
  27. Илларионовa А.Г., Хаджиева О.Г., Илларионова С.М., Мерсон Е.Д. Формирование структуры и свойств при термоводородной обработке сплава на основе алюминида титана Ti2AlNb // Физика металлов и металловедения. 2019. Т. 120. № 10. С. 1058–1065.
  28. Senkevich K.S., Pozhoga O.Z., Kudryavtsev E.A., Zasypkin V.V. The effect of hydrogenation on the fracture of Ti2AlNb-based alloy during ball milling // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 902: 163794. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163794
  29. Скворцова С.В., Пожога О.З., Пожога В.А., Иванов А.Е. Влияние дополнительного легирования водородом на структуру и фазовый состав интерметаллдиного сплава ВТИ-4 // Металлы. 2019. № 6. С. 3–13.
  30. Пожога О.З., Шалин А.В., Скворцова С.В. и др.  Исследование процессов наводороживания и формирования структуры и фазового состава интерметаллидного титанового сплава ВТИ-4 после легирования водородом // Электрометаллургия. 2023. № 9. С. 2–11. DOI: 10.31044/1684-5781-2023-0-9-2-11

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024