Упругие и тепловые свойства многокомпонентных сплавов на основе Ti–Nb–Zr

Сотрудниками лаборатории физики нелинейных сред проведены расчеты с использованием метода точных «маффин-тин» орбиталей в приближении когерентного потенциала упругих модулей и их анизотропии, а также ряда механических характеристик сплавов на основе Ti–Nb–Zr. Показано, что рассчитанный модуль Юнга для тройного сплава состава Ti–Nb22–Zr6 составляет 70,1 ГПа, что хорошо согласуется с экспериментальным значением 70 ГПа, полученным недавно учеными из МИСИСа. Рассматривалось легирование металлами, такими как Hf, Mg и их комбинациями, при этом их концентрация не превышала 5 ат.%. Выбор данных элементов был обусловлен тем фактом, что при изучении тройных сплавов на основе системы Ti–Mo именно эти легирующие элементы позволили получить наименьшие значения модуля Юнга. Бинарные сплавы Ti–Nb являются очень привлекательными для использования в медицинских приложениях благодаря своей низкой жесткости, эффекту памяти формы и сверхэластичности. Известно, что первая характеристика пропорциональна модулю Юнга и очень важна для материалов, использующихся в качестве ортопедических имплантатов. Наименьшее значение модуля Юнга (57 ГПа) было рассчитано для сплава Ti–Nb22–Zr6–Hf5–Mg2.5. Установлено, что добавление Hf и Mg приводит к снижению модуля Юнга как из-за размерного, так и из-за электронного факторов. Дальнейшее увеличение концентрации Mg приводит к отрицательному значению C' и дестабилизации сплава. Используя эмпирические формулы, проведен расчет микротвердости, трещиностойкости и индекса хрупкости. Показано, что легирование сплава Ti–Nb22–Zr6 приводит к повышению вязкости разрушения.

Рисунок – Упругие модули β-сплавов на основе Ti-Nb22-Zr6

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2026-0008.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics (Q3 по данным SJR, УБС 1).
Bakulin A.V., Kulkova S.E. Elastic and mechanical properties of Ti–Nb–Zr based alloys // Nanosystems: Phys. Chem. Math. – 2026. – Vol. 17, No. 2. – P. 204–209.
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2026-17-2-204-209