НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ, Москва, Россия

А. А. Ширяев, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: shiryaev_aa84@mail.ru
А. В. Заводов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: zavodovad@gmail.com
В. В. Автаев, ведущий инженер, эл. почта: e-mail: darkee@mail.ru
Н. А. Ночовная, советник генерального директора, докт. техн. наук, эл. почта: nochovnaya_viam@mail.ru

В статье представлены результаты исследования термической стабильности структуры и механических свойств катаных полуфабрикатов из псевдо-β-титанового сплава ВТ47 после упрочняющей термической обработки и последующей термоэкспозиции с приложением растягивающих напряжений. Установлено, что изменение механических свойств сплава ВТ47 в процессе термоэкспозиции при растягивающих напряжениях, близких к значениям предела длительной прочности, обусловлено развитием процессов двойникования пластин вторичной α-фазы; актуально это и для полуфабрикатов толщиной 12 мм с образованием в микрообъемах остаточной β-фазы наноразмерных частиц TiCr₂ пластинчатой морфологии, относящихся к группе фаз Лавеса (тип С36). В ходе анализа механических свойств образцов после термоэкспозиции установили высокую корреляционную взаимосвязь (R₂ ≥ 0,89) между условным пределом текучести (σ_0,2), интегральной работой разрушения (W), равномерной составляющей удлинения (δ_р) и напряжением, прилагаемым в процессе термоэкспозиции (σ³⁵⁰). Исследования показали, что приложение нагрузки величиной не более 0,7–0,8 от σ₁₀₀³⁵⁰ во время термоэкспозиции при температуре 350 ^оС позволяет сохранить высокий уровень пластичности сплава ВТ47. Из полученных результатов следует, что сплав ВТ47 обладает высоким уровнем термической стабильности механических свойств (без учета влияния поверхностного окисления) при нагружении в процессе термоэкспозиции в пределах рекомендуемых значений, приблизительно соответствующих уровню значений предела ползучести сплава при выбранной температуре. Уровень термической стабильности механических свойств сплава ВТ47 соответствует значениям, характерным для псевдо-β-титановых сплавов ВТ32 и ВТ35, и существенно превышает характеристики псевдо-β-титанового сплава первого поколения ВТ15.
Данная работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 9.2 «Материалы на основе титана с регламентированной β-структурой» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [45–46].

1. Kolli R. P., Devaraj A. A review of metastable beta titanium alloys. Metals. 2018. Vol. 8. pp. 1–41.
2. Santhosh R., Geetha M., Nageswara Rao M. Recent developments in heat treatment of beta titanium alloys for aerospace applications. Transactions Indian Institute of Metals. 2017. Vol. 70 (7). pp. 1681–1688.
3. Nochovnaya N. A., Shiryaev A. A., Andrianov A. N., Davydova E. A. Variability of hardening phase morphology and topology in pseudo-β-titanium alloys quenched for β-structure. Metallurgist. 2021. No. 6. pp. 43–50.
4. Moiseev V. N. Beta-titanium alloys and prospects for their development. MiTOM. 1998. No. 12. pp. 11–14.
5. Ilyin A. A., Kolachev B. A., Polkin I. S. Titanium alloys. Composition, structure, properties: Directory. Moscow: VILS—MATI, 2009. 520 p.
6. Kablov E. N., Putyrsky S. V., Yakovlev A. L., Krokhina V. A. et al. Study of resistance to fatigue failure of stampings from high-strength titanium alloy VT22M, manufactured with final deformation in (α+β)- and β-areas. Titan. 2021. No. 1 (70). pp. 26–33.
7. Titanium and titanium alloys. Fundamentals and applications. Ed. by Leyens C., Peters M. Germany : Wiley—VCH, 2003. 513 p.
8. Aleksandrov V. K., Anoshkin N. F., Belozerov A. P. Semi-finished products from titanium alloys. Moscow: VILS, 1996. 581 p.
9. Panin P. V., Zavodov A. V., Lukina E. A. Effect of thermal exposure on microstructure evolution and mechanical properties of cast beta-solidifying TiAl-based alloy doped with Gd. Intermetallics. 2022. Vol. 145. 107534.
10. Voitovich R. F., Golovko E. I. High-temperature oxidation of titanium and its alloys. Kyiv: Naukova Dumka, 1984. 69 p.
11. Layner D. I., Slesareva E. N. On the influence of some alloying additives on the oxidation of titanium. Tsvetnye Metally. 1962. No. 2. pp. 70–76.
12. Hauffe K. Oxidation of Metals. N.Y. : Plenum Press, 1965. 452 p.
13. Bania P. Next generation titanium alloys for elevated temperature service. ISIJ International. 1991. Vol. 31, No. 8. pp. 840–847.
14. Boyer R. Aerospace applications of beta titanium alloys. JOM. 1994. No. 6. pp. 20–23.
15. Phase transformations in titanium and its alloys. Ed. by McQuillan M.A. USA : The Institute of Metals, 1963. 104 p.
16. Panin P. V., Nochovnaya N. A., Kablov D. E., Alekseev E. B. et al. Practical guide to metallography of alloys based on titanium and its intermetallic compounds: textbook. edited by E. N. Kablov. Moscow: VIAM, 2020. 200 p.
17. Nochovnaya N. A., Shiryaev A. A. Influence of heat treatment modes on the mechanical properties and structure of the experimental composition of high-strength pseudo-β-titanium alloy. Proceedings of VIAM: electron. scientific and technical magazine. 2018. No. 6. Art. 03.
18. Markovsky P. E., Ikeda M. Influence of alloying elements on the aging of economically alloyed metastable titanium beta-alloys. Materials Science. 2013. Vol. 49, No. 1. pp. 85–92.
19. Kablov E. N., Nochovnaya N. A., Shiryaev A. A., Gribkov Yu. A. Highstrength titanium-based alloy and a product made of high-stre ngth titanium-based alloy. Patent RF, No. 2569285. Applied: 29.12.2014. Published: 20.11.2015. Bulletin. No. 32.
20. Kablov E. N., Nochovnaya N. A., Shiryaev A. A., Davydova E. A. Study of structural-phase transformations in pseudo-β-titanium alloys and the influence of the cooling rate from the homogenization temperature on the structure and properties of the VT47 alloy. Part 1. Proceedings of VIAM: electron. scientific and technical magazine. 2020. No. 6-7. Art. 01. URL: http://www.viam-works.ru. Access date: 14.02.2023.
21. GOST 1497—84. Metals. Tensile test methods. Introduced: 16.07.1984.
22. GOST 9651—84. Metals. Tensile test methods at elevated temperatures. Introduced: 01. 01.1986.
23. GOST 3248—81. Metals. Creep test method. Introduced: 01.07.1982.
24. GOST 10145—81. Metals. Long-term strength test method. Introduced: 01.07.1982.
25. Nochovnaya N. A., Shiryaev A. A., Sharapkin D. S. Complex of mechanical and operational properties of rolled billets made of pseudo-β titanium alloy VT47. Aviation materials and technologies. 2022. No. 3(68). pp. 50—59.
26. Baumann W., Leineweber A. Solid solubility by anti-site atoms in the C36 – TiCr2 laves phase revealed by single-crystal X-ray diffractometry. Journals of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 505. pp. 492–496.
27. Headley T. J., Rack H. J. Phase transformation in Ti –3 Al – 8V – 6 Cr – 4 Zr – 4 Mo. Metallurgical transactions A. 1979. Vol. 10А. pp. 909–920.
28. Chen W., Lin Y. C., Zhang X., Zhou K. Balancing strength and ductility by controllable heat-treatment twinning in a near β-Ti alloy. Journal of Materials Research and Technology. 2020. No. 9(3). pp. 6962–6968.
29. Li Y., Fang H., Sun S., Zhang X. et al. Refinement of αs phase and formation of nano-twins of Ti – 7 Mo – 4 Al – 3 Nb – 2 Cr alloyed by Zr element. Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. pp. 3343–3356.
30. Beyerlein I. J., Zhang X., Misra A. Growth twins and deformation twins in metals. Annual Review of Materials Research. 2014. Vol. 44. pp. 329–363.
31. Kolachev B. A., Livanov V. A., Elagin V. I. Metal science and heat treatment of non-ferrous metals and alloys. Moscow: Metallurgy, 1972. 480 p.
32. Glazunov S. G., Moiseev V. N. Titanium alloys. Structural titanium alloys. Ref. ed. Corresponding member USSR Academy of Sciences A. T. Tumanov. Moscow: Metallurgy, 1974. 368 p.
33. Donachie M. J. Titanium. A technical Guide. ASM International, 1988. p. 469.
34. Zhang X. D., Evans D. J., Baeslack W. A., Fraser H. L. Effect of long term aging on the microstructural stability and mechanical properties of Ti – 6 Al – 2 Cr – 2 Mo – 2 Sn – 2Zr alloy. Materials Science and Engineering A. 2003. Vol. 344. pp. 300–311.
35. Lin H. C., Wang L. M. Improved mechanical properties of Ti – 15 V –3 Cr – 3 Sn – 3 Al alloy by electron beam welding process plus heat treatments and its microstructure evolution. Materials Chemistry and Physics. 2011. Vol. 126. pp. 891–897.
36. State diagrams of double metallic systems: a reference book in 3 volumes/edited by N. P. Lyakishev. Moscow: Mashinostroenie, 1997. Vol. 2. 1024 p.
37. Ding C., Liu C., Zhang L., Deng Y. et al. Microstructure and tensile properties of a cost-affordable and ultrahigh-strength metastable β titanium alloy with a composition of Ti – 6 Al – 1 Mo – 1 Fe –6.9 Cr. Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 901. 163476.
38. De Angelis R. J., Huang Y. H., Sargent G. A. Formation of a TiCr₂ intermetallic compound in a beta titanium alloy. Scripta Metallurgica. 1974. Vol. 8. pp. 339–342.
39. Rack H. J. Grain boundary embrittlement in a beta titanium alloy. Metallurgical Transactions A. 1975. Vol. 6A. pp. 947–949.
40. Gross K. A., Lamborn I. R. Some observations on decomposition of metastable beta-phase in Titanium-Chromium alloys. Journal of The Less-Common Metals. 1960. Vol. 2. pp. 36–41.
41. Chen K. C., Allen S. M., Livingston J. D. Factors affecting the roomtemperature properties of TiCr₂-base Laves phase alloys. Materials Science and Engineering A. 1998. Vol. 242. pp. 162–173.
42. Honeycombe R. Plastic deformation of metals. Moscow: MIR, 1972. 408 p.
43. Novikov I. I., Rozin K. M. Crystallography and crystal lattice defects. Moscow: Metallurgy, 1990. 336 p.
44. El-Aty A. A., Xu. Y., Guo X., Zhang S. H. et al. Ch Strengthening mechanism, deformation behavior, and anisotropic mechanical properties of Al – Li alloys: A review. Journal of Advanced Research. 2018. Vol. 10. pp. 49–67.
45. Dzunovich D. A., Alekseev E. B., Panin P. V., Lukina E. A. et al. Structure and properties of sheet semi-finished products from deformable intermetallic titanium alloys of different classes. Aviation materials and technologies. 2018. No. 2 (51). pp. 17–25.
46. Kablov E. N. Marketing of materials science, aircraft engineering and industry: present and future. Director of Marketing and Sales. 2017. No. 5—6. pp. 40–44.