12.11.2025
Оценка механизмов упрочнения сплава Ti4Al3V, легированного железом, при двухпроволочном электронно-лучевом аддитивном производстве
Коллектив ученых лаборатории структурного дизайна перспективных материалов и лаборатории физики упрочнения поверхности ИФПМ СО РАН установил, что легирование титанового сплава Ti4Al3V железом существенно влияет на морфологию зеренной структуры и фазовый состав, определяя вклад различных механизмов упрочнения в повышение предела текучести. Установлено, что с увеличением содержания железа от 1,7 до 7,5 вес.% в сплаве Ti4Al3V происходит измельчение первичных зерен β-Ti и переход от столбчато-равноосной структуры к полностью равноосной.
Экспериментально установлено, что увеличение содержания железа в сплаве от 1,7 до 2,5 вес.% приводит к увеличению значения предела текучести при растяжении на 22 % и 40 %, соответственно, по сравнению со сплавом Ti4Al3V, не легированного Fe. Основным механизмом, обусловливающим повышение предела текучести, является зернограничное упрочнение, вклад которого для титанового сплава, легированного 1,7 и 2,5 вес.% Fe, составляет 58 % и 59 %, соответственно. Это упрочнение связано с измельчением как первичных зерен β-Ti (с 580 до 470 мкм), так и пластин α-фазы, размер которых уменьшился в 1,7 раз.
При дальнейшем увеличении содержания железа до 7,5 вес.% вклад зернограничного упрочнения в повышение предела текучести значительно снижается до 19 % из-за формирования в сплаве //α-структуры вместо α+β-структуры, что приводит к хрупкому разрушению сплава при испытаниях на растяжение.
Понимание взаимосвязи между содержанием железа в титановом сплаве Ti4Al3V и преобладающими механизмами упрочнения имеет ключевое значение для целенаправленного проектирования титановых сплавов с заданным комплексом механических свойств. Данный подход предлагает ценную методологическую основу для разработки и оптимизации титановых сплавов, дополнительно легированных железом в широком диапазоне концентраций, предназначенных для применения в аэрокосмической и других высокотехнологичных отраслях.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Letters on Materials (Q3).
A.V. Nikolaeva, A.V. Vorontsov, A.O. Panfilov, S.Y. Tarasov. Evaluation of hardening mechanisms of iron-doped Ti4Al3V alloy obtained using dual-wire electron beam additive manufacturing. Letters on Materials, 2025, 15(4) 249-255.
https://doi.org/10.48612/letters/2025-4-249-255
Экспериментально установлено, что увеличение содержания железа в сплаве от 1,7 до 2,5 вес.% приводит к увеличению значения предела текучести при растяжении на 22 % и 40 %, соответственно, по сравнению со сплавом Ti4Al3V, не легированного Fe. Основным механизмом, обусловливающим повышение предела текучести, является зернограничное упрочнение, вклад которого для титанового сплава, легированного 1,7 и 2,5 вес.% Fe, составляет 58 % и 59 %, соответственно. Это упрочнение связано с измельчением как первичных зерен β-Ti (с 580 до 470 мкм), так и пластин α-фазы, размер которых уменьшился в 1,7 раз.
При дальнейшем увеличении содержания железа до 7,5 вес.% вклад зернограничного упрочнения в повышение предела текучести значительно снижается до 19 % из-за формирования в сплаве //α-структуры вместо α+β-структуры, что приводит к хрупкому разрушению сплава при испытаниях на растяжение.
Понимание взаимосвязи между содержанием железа в титановом сплаве Ti4Al3V и преобладающими механизмами упрочнения имеет ключевое значение для целенаправленного проектирования титановых сплавов с заданным комплексом механических свойств. Данный подход предлагает ценную методологическую основу для разработки и оптимизации титановых сплавов, дополнительно легированных железом в широком диапазоне концентраций, предназначенных для применения в аэрокосмической и других высокотехнологичных отраслях.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2024-0001. Результаты исследования опубликованы в журнале Letters on Materials (Q3).
A.V. Nikolaeva, A.V. Vorontsov, A.O. Panfilov, S.Y. Tarasov. Evaluation of hardening mechanisms of iron-doped Ti4Al3V alloy obtained using dual-wire electron beam additive manufacturing. Letters on Materials, 2025, 15(4) 249-255.
https://doi.org/10.48612/letters/2025-4-249-255