Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН¹, Москва, Россия ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»², Москва, Россия:

Т. К. Акопян, научный сотрудник^1,2, эл. почта: aktorgom@gmail.com

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:
Н. А. Белов, зам. директора инжинирингового центра «Литейные технологии и материалы», профессор кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов
А. С. Алещенко, доцент кафедры обработки металлов давлением
Н. О. Короткова, аспирант

С использованием расчетно-экспериментальных методов проведен анализ фазового состава и структуры применительно к температурам горячего изостатического прессования (ГИП) γ-сплавов типа TNM. Выполненный в программе Thermo-Calc термодинамический анализ фазового состава рассматриваемых сплавов TNM (% (ат.): 42,99 Al; 4,52 Nb; 1,07 Mo) и TNM+ (% (ат.): 43,01 Al; 4,31 Nb; 1,02 Mo; 0,9 Cr; 0,92 Zr) выявил, что с точки зрения соотношения фаз температура 1250 °С может считаться оптимальной для их ГИП-обработки. Исследования микроструктуры сплавов в литом состоянии, а также после стандартного отжига в вакууме при 1250 ^оС показали, что основной структурной составляющей являются  γ/α₂-колонии, которые сформировались в результате эвтектоидного распада α-фазы. По границам этих колоний выявляются частицы β- и γ-фаз. ГИП-обработка базового сплава TNM при температуре 1250 ^оС и избыточном давлении 170 МПа не приводит к количественным изменениям фазового состава по сравнению с вакуумным отжигом, однако наблюдается огрубление эвтектоидных колоний. ГИП-обработка сплава TNM+ приводит к заметным изменениям в соотношении фаз по сравнению с вакуумным отжигом, в частности, существенно повышается количество γ-фазы (с 15 до 38 % (об.)), при этом количество γ-фазы уменьшается с 65 до 40 % (об.). Твердость (HV10) сплава TNM после ГИП и стандартного отжига не отличается и составляет ~385 единиц. Высокая доля γ-фазы в сплаве TNM+ после ГИП-обработки приводит к снижению его твердости на ~30 единиц по сравнению с отжигом в вакууме и составляет ~330 единиц. Испытания на одноосное сжатие сплавов после ГИП-обработки показали, что предел текучести (σ_0,2) сплава TNM несколько выше, чем у сплава TNM+ (840 против 787 МПа). Полученный результат также объясняется повышенным количеством мягкой  γ-фазы в сплаве TNM+. Для обоих сплавов зафиксировано минимальное стандартное отклонение предела текучести, что объясняется положительным влиянием ГИП-обработки на воспроизводимость механических свойств.

Работа проведена при поддержке гранта РФФИ на выполнение работ по научному проекту № 16-33-01108 «Разработка физико-химических основ управления фазовым составом, структурой и свойствами перспективных сплавов на основе алюминидов титана».

1. Appel F., Paul J. D. H., Oehring M. Gamma Titanium Aluminide Alloys: Science and Technology. — Weinheim : Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011. — 745 р.
2. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : cправочник. — М. : ВИЛС-МАТИ, 2009. — 520 с.
3. Xinhua Wu. Review of alloy and process development of TiAl alloys // Intermetallics. 2006. Vol. 14, No. 10/11. Р. 1114–1122.
4. Hu D., Wu X., Loretto M. H. Advances in optimization of mechanical properties in cast TiAl alloys // Intermetallics. 2005. Vol. 13, No. 9. Р. 914–919.
5. Hao Y. L., Yang R., Cui Y. Y., Li D. The influence of alloying on the α₂/(α₂ + γ)/γ-phase boundaries in TiAl based systems // Acta materialia. 2000. Vol. 48, No. 6. Р. 1313–1324.
6. Kainuma R., Fujita Y., Mitsui H., Ohnuma I., Ishida K. Phase equilibria among α (hcp), β (bcc) and γ (L1₀) phases in Ti – Al base ternary alloys // Intermetallics. 2000. Vol. 8, No. 8. P. 855–867.
7. Huang Z. W., Voice W., Bowen P. Thermal exposure induced α₂+γ → B2(ω) and α₂ → B2(ω) phase transformations in a high Nb fully lamellar TiAl alloy // Scripta Materialia. 2003. Vol. 48, No. 1. Р. 79–84.
8. Wang J. N., Xie K. Grain size refinement of a TiAl alloy by rapid heat treatment // Scripta Materialia. 2000. Vol. 43. P. 441–446.
9. Kuang J. P., Harding R. A., Campbell J. The effects of HIP pore closure and age hardening on primary creep and tensile property variations in a TiAl XD™ alloy with 0.1 wt. % carbon // Materials Science and Engineering: A. 2002. Vol. 31. P. 329–331.
10. Huang A., Hu D., Loretto M. H., Mei J., Wu X. The influence of pressure on solid-state transformations in Ti – 46Al – 8Nb // Scripta Materialia. 2007. Vol. 56. P. 253–256
11. Simpkins R. J., Rourke M. P., Bieler T. A., McQuayb P. A. The effect of HIP pore closure and age hardening on primary creep and tensile property variations in a TiAl XD alloy with 0.1 wt. % carbon // Materials Science Engineering: A. 2007. Vol. 463. P. 208–215.
12. Güther V., Rothe C., Winter S., Clemens H. Metallurgy, microstructure and properties of intermetallic TiAl ingots // Berg and Hüttenmännische Monatshefte. 2010. Vol. 155. P. 325–329.
13. Clemens H., Wallgram W., Kremmer S., Güther V., Otto A., Bartels A. Design of novel β-solidifying TiAl alloys with adjustable β/B2-phase fraction and excellent hot-workability // Advanced Engineering Materials. 2008. Vol. 10. P. 707–713.
14. Clemens H., Mayer S. Design, processing, microstructure, properties, and applications of advanced intermetallic TiAl alloys // Advanced Engineering Materials. 2013. Vol. 15. P. 191–215.
15. Clemens H., Chladil H. F., Wallgram W., Zickler G. A., Gerling R., Liss K. D., Kremmer S., Güther V., Smarsly W. In and ex situ investigations of the β-phase in a Nb and Mo containing  γ-TiAl based alloy // Intermetallics. 2008. Vol. 16. P. 827–833.
16. Ding Hongsheng, Nie Ge, Chen Ruirun, et al. Influence of oxygen on microstructure and mechanical properties of directionally solidified Ti – 47Al – 2Cr – 2Nb alloy // Mater. Des. 2012. Vol. 41. P. 108–113.
17. Kartavykh A. V., Asnis E. A., Piskun N. V., Statkevich I. I., Gorshenkov M. V., Korotitskiy A. V. A promising microstructure/deformability adjustment of β-stabilized  γ-TiAl intermetallics // Mater. Lett. 2016. Vol. 162. P. 180–184.
18. Huang Z. W. Thermal stability of Ti – 44Al – 4Nb – 4Zr – 0.2Si–1B alloy // Intermetallics. 2013. Vol. 42. P. 170–179.
19. Jiang H., Hu D., Wu X. Thermal stability of the omega phase in Zr-containing TiAl alloys // J. Alloys Comp. 2009. Vol. 475. P. 134–138.
20. Lee D. B., Woo S. W. High temperature oxidation of Ti – 47%Al – 1.7%W – 3.7%Zr alloys // Intermetallics. 2005. Vol. 13. P. 169–177.
21. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 1976–07–01.
22. Akopyan T. K., Padalko A. G., Belov N. A. Influence of hot isostatic pressing on the structure and properties of an innovative low-alloy high-strength aluminum cast alloy based on the Al–Zn–Mg–Cu–Ni–Fe system // Russian Metallurgy (Metally). 2015. Vol. 11. P. 937–942.