Механические свойства ряда бинарных β-титановых сплавов

Сотрудниками лаборатории физики нелинейных сред рассчитаны упругие свойства ряда бинарных сплавов титана Ti–Ме (Ме = V, Nb, Mo, Ta) с использованием метода точных МТ-орбиталей в приближении когерентного потенциала (EMTO-CPA). Показано, что упругие константы C11 и C12 увеличиваются с концентрацией второго компонента в сплавах β-Ti–Me, хотя последняя слабо зависит от концентрации. Расчет плотностей электронных состояний показал, что концентрационное поведение C11 обусловлено увеличением химической связи со вторыми соседями, что наиболее выражено при увеличении числа d-электронов легирующего элемента. Установлено, что для всех изученных бинарных сплавов наименьшие значения модуля Юнга могут быть получены вблизи области нестабильности β-фазы, а также в направлении <100>. Значения модуля Юнга, равные 30–45 ГПа, могут быть достигнуты в случае сплавов с V и Ta, но несколько большие значения 35–55 ГПа — для сплавов с Nb. В целом в области механической стабильности β-Ti–Me-сплавов используемый EMTO–CPA метод предсказывает концентрационное поведение упругих констант Cij и модулей Е, В, G в согласии с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными. Поскольку расчеты данным методом требуют меньших вычислительных ресурсов, то он может быть эффективно использован для поиска многокомпонентных сплавов с заданными механическими свойствами, поскольку в отличие от суперъячеечных подходов позволяет рассматривать маленькие концентрации (менее 3 ат. %) легирующих элементов.


Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2022-0001.

Результаты исследования опубликованы в журнале Физическая мезомеханика: Kasparyan S.O., Bakulin A.V., Kulkova S.E. // Physical Mesomechanics. – 2025. – Vol. 28, No. 3. – P. 324–334. https://doi.org/10.1134/S1029959924601246