26.05.2026
НЦМУ «Новые материалы специального назначения»: температурная зависимость структуры и механических свойств ультрамелкозернистого сплава Ti–45Nb
Сотрудниками лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ СО РАН установлены закономерности эволюции ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры и фазового состава бинарного сплава Ti – 45 мас.% Nb в широком интервале температур отжига 400–800 °С, а также соответствующие изменения комплекса механических свойств.
Бинарные сплавы системы титан–ниобий рассматриваются сегодня как одни из наиболее перспективных материалов для медицинских имплантатов нового поколения. В отличие от широко применяемых сплавов Ti–6Al–4V и Ti–6Al–7Nb, они не содержат токсичных компонентов (алюминия, ванадия), обладают высокой биосовместимостью и коррозионной стойкостью. Их ключевое преимущество – пониженный модуль Юнга (55–60 ГПа против 100–120 ГПа у традиционных титановых сплавов). Однако исходная прочность сплава Ti–45Nb недостаточна для применения в нагруженных имплантатах и требует дополнительного упрочнения. Решением является интенсивная пластическая деформация (ИПД), формирующая в материале УМЗ состояние и существенно повышающая прочность. Однако при повышенных температурах активно протекают возврат, рекристаллизация и фазовые превращения.
Нами установлено, что ключевым температурным рубежом является 500 °С: при этой температуре УМЗ-состояние переходит в мелкозернистое, активизируется собирательная рекристаллизация, а предел прочности сплава снижается с 1180 до 510 МПа при одновременном росте относительного удлинения с 4,5 до 12 %. Полученные данные позволяют чётко определить температурный коридор устойчивости УМЗ-структуры и условия снижения остаточных напряжений после ИПД без потери комплекса упрочняющих факторов. Понимание критических температур фазовых превращений в системе Ti–Nb востребовано и для изделий, изготавливаемых методами аддитивных технологий (в частности, селективным лазерным плавлением): такие заготовки содержат значительные остаточные напряжения, для устранения которых необходим стабилизирующий отжиг.
Работа выполнена в рамках реализации мероприятий программы развития научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения», соглашение о предоставлении субсидии № 075-15-2025-589 от 25.06.2025 г.
Температурная зависимость параметров структуры и механических свойств сплава Ti–45Nb в ультрамелкозернистом состоянии / Ерошенко А.Ю., Шаркеев Ю.П., Глухов И.А., Химич М.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И. // Известия высших учебных заведений. Физика. (Уровень 2 Белого списка) 2025. Т. 68, № 11. С. 175-184. DOI: 10.17223/00213411/68/11/21. http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/koha:001273393
Бинарные сплавы системы титан–ниобий рассматриваются сегодня как одни из наиболее перспективных материалов для медицинских имплантатов нового поколения. В отличие от широко применяемых сплавов Ti–6Al–4V и Ti–6Al–7Nb, они не содержат токсичных компонентов (алюминия, ванадия), обладают высокой биосовместимостью и коррозионной стойкостью. Их ключевое преимущество – пониженный модуль Юнга (55–60 ГПа против 100–120 ГПа у традиционных титановых сплавов). Однако исходная прочность сплава Ti–45Nb недостаточна для применения в нагруженных имплантатах и требует дополнительного упрочнения. Решением является интенсивная пластическая деформация (ИПД), формирующая в материале УМЗ состояние и существенно повышающая прочность. Однако при повышенных температурах активно протекают возврат, рекристаллизация и фазовые превращения.
Нами установлено, что ключевым температурным рубежом является 500 °С: при этой температуре УМЗ-состояние переходит в мелкозернистое, активизируется собирательная рекристаллизация, а предел прочности сплава снижается с 1180 до 510 МПа при одновременном росте относительного удлинения с 4,5 до 12 %. Полученные данные позволяют чётко определить температурный коридор устойчивости УМЗ-структуры и условия снижения остаточных напряжений после ИПД без потери комплекса упрочняющих факторов. Понимание критических температур фазовых превращений в системе Ti–Nb востребовано и для изделий, изготавливаемых методами аддитивных технологий (в частности, селективным лазерным плавлением): такие заготовки содержат значительные остаточные напряжения, для устранения которых необходим стабилизирующий отжиг.
Работа выполнена в рамках реализации мероприятий программы развития научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения», соглашение о предоставлении субсидии № 075-15-2025-589 от 25.06.2025 г.
Температурная зависимость параметров структуры и механических свойств сплава Ti–45Nb в ультрамелкозернистом состоянии / Ерошенко А.Ю., Шаркеев Ю.П., Глухов И.А., Химич М.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И. // Известия высших учебных заведений. Физика. (Уровень 2 Белого списка) 2025. Т. 68, № 11. С. 175-184. DOI: 10.17223/00213411/68/11/21. http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/koha:001273393