08.12.2025
Эволюция микроструктуры и механических свойств сплава Ti4Al3V–xFе, полученного методом двухпроволочного электронно-лучевого аддитивного производства
Коллектив ученых лаборатории структурного дизайна перспективных материалов, лаборатории локальной металлургии в аддитивных технологиях и лаборатории физики упрочнения поверхности ИФПМ СО РАН установил, что увеличение содержания железа в титановом сплаве от 1,5 до 8,0 вес.% приводит к переходу от столбчато-равноосной зеренной структуры к равноосной. Это обусловлено увеличением значения фактора ограничения роста зерен, отражающего эффект легирования железом и связанного с ним расширения зоны концентрационного переохлаждения.
Показано, что морфология первичных зерен β-Ti титанового сплава, легированного малыми добавками железа, представлена столбчато-равноосными зернами. Экспериментально установлено, что при введении 1,7 вес.% Fe в титановый сплав предел прочности и предел текучести при растяжении увеличиваются до 785 и 725 МПа, соответственно. Для сплава Ti4Al3V-2,5Fe характерны повышенные прочностные свойства: предел прочности составляет 1064 МПа, а предел текучести – 990 МПа, что на 26 % выше значения для исходного сплава Ti4Al3V. Таким образом, уменьшение средних размеров равноосных зерен β-Ti c 890 до 560 мкм и толщины пластин α-Ti в 1,7 раз приводит к повышению прочности сплавов Ti4Al3V-Fe. Введение малой добавки Fe в титановый сплав приводит к увеличению среднего значения микротвердости сплавов на 11 % по сравнению со сплавом Ti4Al3V.
Экспериментально показано, что в сплаве Ti4Al3V-7,5Fe образуются равноосные зёрна β-Ti c объемной долей 81 %, в которых выделяются частицы ω-Ti. Наличие ω-фазы способствует хрупкому разрушению сплава при испытаниях на растяжение. Установлено, что по границам зерен ω/β образуются фрагменты α-фазы, которая могла образоваться в результате α превращения при многократном повторном нагреве и охлаждении в процессе электронно-лучевого аддитивного производства. Твердость титанового сплава, легированного 7,5 вес.% Fe, повышается на 40 % по сравнению со сплавом, не легированного Fe, что может быть достигнуто за счет выделения фазы ω-Ti.
Разработанный способ устранения столбчатой структуры первичных зерен титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного железом, является перспективным направлением в области аддитивных технологий, обеспечивающее возможность получения титановых сплавов с заданным комплексом физико-механических свойств для использования в высокопроизводительных инженерных и авиационно-космических приложениях.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Metals and Materials International (Q1).
A. Nikolaeva, A. Zykova, A. Vorontsov, A. Panfilov, E. Kuzminov, D. Gurianov, A. Gusarenko, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov. Microstructure and Strength Evolution in Ti4Al3V-xFe Alloys Obtained by Dual-Wire Electron Beam Additive Manufacturing. Metals and Materials International, 2025. https://doi.org/10.1007/s12540-025-02106-3
Показано, что морфология первичных зерен β-Ti титанового сплава, легированного малыми добавками железа, представлена столбчато-равноосными зернами. Экспериментально установлено, что при введении 1,7 вес.% Fe в титановый сплав предел прочности и предел текучести при растяжении увеличиваются до 785 и 725 МПа, соответственно. Для сплава Ti4Al3V-2,5Fe характерны повышенные прочностные свойства: предел прочности составляет 1064 МПа, а предел текучести – 990 МПа, что на 26 % выше значения для исходного сплава Ti4Al3V. Таким образом, уменьшение средних размеров равноосных зерен β-Ti c 890 до 560 мкм и толщины пластин α-Ti в 1,7 раз приводит к повышению прочности сплавов Ti4Al3V-Fe. Введение малой добавки Fe в титановый сплав приводит к увеличению среднего значения микротвердости сплавов на 11 % по сравнению со сплавом Ti4Al3V.
Экспериментально показано, что в сплаве Ti4Al3V-7,5Fe образуются равноосные зёрна β-Ti c объемной долей 81 %, в которых выделяются частицы ω-Ti. Наличие ω-фазы способствует хрупкому разрушению сплава при испытаниях на растяжение. Установлено, что по границам зерен ω/β образуются фрагменты α-фазы, которая могла образоваться в результате α превращения при многократном повторном нагреве и охлаждении в процессе электронно-лучевого аддитивного производства. Твердость титанового сплава, легированного 7,5 вес.% Fe, повышается на 40 % по сравнению со сплавом, не легированного Fe, что может быть достигнуто за счет выделения фазы ω-Ti.
Разработанный способ устранения столбчатой структуры первичных зерен титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного железом, является перспективным направлением в области аддитивных технологий, обеспечивающее возможность получения титановых сплавов с заданным комплексом физико-механических свойств для использования в высокопроизводительных инженерных и авиационно-космических приложениях.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Metals and Materials International (Q1).
A. Nikolaeva, A. Zykova, A. Vorontsov, A. Panfilov, E. Kuzminov, D. Gurianov, A. Gusarenko, N. Savchenko, E. Kolubaev, S. Tarasov. Microstructure and Strength Evolution in Ti4Al3V-xFe Alloys Obtained by Dual-Wire Electron Beam Additive Manufacturing. Metals and Materials International, 2025. https://doi.org/10.1007/s12540-025-02106-3