zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-9-51-56zldm-2592Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование структуры и свойств заготовки из сплава ВТ6, полученной методом горячего изостатического прессованияStudy of the structure and properties of a workpiece made of Ti-6Al-4V alloy obtained by hot isostatic pressingХлыбовА. А.KhlybovA. A.

Александр Анатольевич Хлыбов

603155, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24

Alexander A. Khlybov

24, ul. Minina, Nizhny Novgorod, 603155

hlybov_52@mail.ruРябовД. А.RyabovD. A.

Дмитрий Александрович Рябов

603155, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24

Dmitry A. Ryabov

24, ul. Minina, Nizhny Novgorod, 603155

БакировД. Д.BakirovD. D.

Данил Дмитриевич Бакиров

603155, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24

Danil D. Bakirov

24, ul. Minina, Nizhny Novgorod, 603155

ПичковС. Н.PichkovS. N.

Сергей Николаевич Пичков

603155, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24

Sergey N. Pichkov

24, ul. Minina, Nizhny Novgorod, 603155

Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. АлексееваРоссияR. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityRussian Federation2025250920259195156Copyright © Хлыбов А.А., Рябов Д.А., Бакиров Д.Д., Пичков С.Н., 20252025Хлыбов А.А., Рябов Д.А., Бакиров Д.Д., Пичков С.Н.Khlybov A.A., Ryabov D.A., Bakirov D.D., Pichkov S.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2592

Один из перспективных и широко распространенных методов порошковой металлургии — горячее изостатическое прессование (ГИП), позволяющее получать плотные беспористые заготовки из металлических порошков с повышенными механическими характеристиками. Однако из-за неравномерного распределение температуры и давления в процессе ГИП от периферии к центру заготовки формируется неоднородная структура, что негативно влияет на дальнейшую эксплуатацию готового изделия. В работе представлены результаты исследования структуры и свойств заготовки из титанового сплава ВТ6, полученной методом ГИП. Проведен металлографический анализ, проанализированы распределения микротвердости, плотности и пористости по сечению образца. Установлено, что формируемая в процессе ГИП структура материала неоднородна, а его свойства меняются от периферии к центру (микротвердость и пористость растут, плотность снижается). Показано, что причина неравномерного формирования механических свойств — наличие градиента объемной доли β-фазы, при этом в материале периферийной части заготовки ее содержание составляет ~20, а в центральной — 28 %. Полученные результаты могут быть применены при оценке качества получаемых ГИП-заготовок из сплава ВТ6, а также для создания расчетных моделей технологических процессов ГИП.

One of the promising and widespread methods of powder metallurgy is hot isostatic pressing (HIP), which makes it possible to obtain dense, non-porous workpiece from metal powders with enhanced mechanical characteristics. However, due to the uneven distribution of temperature and pressure during the casting process, an inhomogeneous structure is formed from the periphery to the center of the workpiece, which negatively affects the further operation of the finished product. The paper presents the results of a study of the structure and properties of a blank made of Ti-6Al-4V titanium alloy obtained by the HIP method. Metallographic analysis was performed, and the distribution of microhardness, density, and porosity over the sample section was analyzed. It is established that the structure of the material formed during the HIP process is heterogeneous, and its properties change from the periphery to the center (microhardness and porosity increase, density decreases). It is shown that the reason for the uneven formation of mechanical properties is the presence of a gradient in the volume fraction of the β-phase, while its content in the material of the peripheral part of the workpiece is ~20%, and in the central part — 28%. The results obtained can be applied in assessing the quality of the obtained HIP workpieces made of Ti-6Al-4V titanium alloy, as well as to create computational models of HIP technological processes.

порошковая металлургияГИПтитансплав ВТ6микротвердостьмикроструктурный анализpowder metallurgyHIPtitaniumTi-6Al-4V alloymicrohardnessmicrostructural analysisРабота финансировалась за счет средств бюджета института (учреждения, организации). Дополнительные гранты на проведение или руководство данным исследованием не привлекались.ReferencesХорев М. А., Хорев А. И. Титановые сплавы, их применение и перспективы развития / Материаловедение. 2005. № 1. С. 25 – 34.Khorev M. A., Khorev A. I. Titanium alloys, their application and development prospects / Materialovedenie. 2005. No. 1. P. 25 – 34 [in Russian].Кашапов О. С., Решетило Л. П., Наприенко С. А. и др. Влияние окисления на механические свойства и состояние поверхности жаропрочного титанового сплава ВТ41 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 2. Ч. I. С. 63 – 75. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-63-75Kashapov O. S., Reshetilo L. P., Naprienko S. A., et al. The effect of oxidation on the mechanical properties and surface condition of heat-resistant titanium alloy VT41 / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 2. Part I. P. 63 – 75 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-I-63-75.Шевелева В. С., Пелешок С. А., Протасов О. В. и др. Трехмерные имплантаты из титанового сплава в медицинской практике / Известия Российской военно-медицинской академии. 2020. Т. 39. № S3-5. С. 237 – 241.Sheveleva V. S., Peleshok S. A., Protasov O. V., et al. Three-dimensional titanium alloy implants in medical practice / Izv. Ross. Voen.-Med. Akad. 2020. Vol. 39. No. S3-5. P. 237 – 241 [in Russian].Коллеров М. Ю., Спектров В. С., Скворцова С. В. и др. Проблемы и перспективы применения титановых сплавов в медицине / Титан. 2015. Т. 48. № 2. С. 42 – 53.Kollerov M. Yu., Spektrov V. S., Skvortsova S. V., et al. Problems and prospects of application of titanium alloys in medicine / Titan. 2015. Vol. 48. No. 2. P. 42 – 53 [in Russian].Chao Cai, Xiangyun Gao, Qing Teng, et al. Hot isostatic pressing of a near α-Ti alloy: Temperature optimization, microstructural evolution and mechanical performance evaluation / Mater. Sci. Eng. A. 2021. Vol. 802. P. 140426. DOI: 10.1016/j.msea.2020.140426Chao Cai, Xiangyun Gao, Qing Teng, et al. Hot isostatic pressing of a near α-Ti alloy: Temperature optimization, microstructural evolution and mechanical performance evaluation / Mater. Sci. Eng. A. 2021. Vol. 802. P. 140426. DOI: 10.1016/j.msea.2020.140426Орыщенко А. С., Кудрявцев А. С., Михайлов В. И. и др. Титановые сплавы для морской техники и атомной энергетики / Вопросы материаловедения. 2011. Т. 65. № 1. С. 60 – 74. DOI: 10.1007/s11221-011-0065-xOryshchenko A. S., Kudryavtsev A. S., Mikhailov V. I., et al. Titanium alloys for marine engineering and nuclear power engineering / Vopr. Materialoved. 2011. Vol. 65. No. 1. P. 60 – 74 [in Russian]. DOI: 10.1007/s11221-011-0065-xМорозова Е. А., Прокаев А. Е., Калюжная С. А. и др. Современные магниевые и титановые сплавы, применяемые в авиастроении / Актуальные исследования. 2022. Т. 95. № 16. С. 10 – 14.Morozova E. A., Prokaev A. E., Kalyuzhnaya S. A., et al. Modern magnesium and titanium alloys used in the aircraft industry / Akt. Issl. 2022. Vol. 95. No. 16. P. 10 – 14 [in Russian].Liu Z., He B., Lyu T., et al. A review on additive manufacturing of titanium alloys for aerospace applications: Directed energy deposition and beyond Ti-6Al-4V / JOM. 2021. Vol. 73. No. 7. P. 1804 – 1818. DOI: 10.1007/s11837-021-04670-6Liu Z., He B., Lyu T., et al. A review on additive manufacturing of titanium alloys for aerospace applications: Directed energy deposition and beyond Ti-6Al-4V / JOM. 2021. Vol. 73. No. 7. P. 1804 – 1818. DOI: 10.1007/s11837-021-04670-6Агеев С. В., Гиршов В. Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии / Металлообработка. 2015. Т. 88. № 4. С. 28 – 30.Ageev S. V., Girshov V. L. Hot isostatic pressing in powder metallurgy / Metalloobrabotka. 2015. Vol. 88. No. 4. P. 28 – 30 [in Russian].Савич В. В., Оглезнева С. А. Порошковая металлургия: современное состояние и перспективы развития: монография. — Пермь: ПНИПУ, 2021. — 695 с.Savich V. V., Oglezneva S. A. Powder metallurgy: current state and development prospects. — Perm: PNIPU, 2021. — 695 p. [in Russian].Хлыбов А. А., Рябов Д. А., Аносов М. С. и др. Исследование особенностей микроструктуры и свойств металлов, полученных путем горячего изостатического прессования / Вестник ИжГТУ. 2021. Т. 24. № 4. С. 4 – 10. DOI: 10.22213/2413-1172-2021-4-4-10Khlybov A. A., Ryabov D. A., Anosov M. S., et al. Investigation of microstructure features and properties of metals obtained by hot isostatic pressing / Vestn. IzhGTU. 2021. Vol. 24. No. 4. P. 4 – 10 [in Russian]. DOI: 10.22213/2413-1172-2021-4-4-10Хлыбов А. А., Беляев Е. С., Рябцев А. Д. и др. Моделирование процесса горячего изостатического прессования / Вестник ПНИПУ. Механика. 2021. № 3. С. 190 – 198. DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.18Khlybov A. A., Belyaev E. S., Ryabtsev A. D., et al. Simulation of the hot isostatic pressing process / Vestn. PNIPU. 2021. No. 3. P. 190 – 198 [in Russian]. DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.18Shang X., Lu Z., Guo R., et al. Influence of hot isostatic pressing temperature on microstructure and mechanical properties of Ti – 6.5Al – 3.5Mo – 1.5Zr – 0.3Si alloy / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2025. Vol. 38. P. 627 – 641. DOI: 10.1007/s40195-025-01820-6Shang X., Lu Z., Guo R., et al. Influence of hot isostatic pressing temperature on microstructure and mechanical properties of Ti – 6.5Al – 3.5Mo – 1.5Zr – 0.3Si alloy / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2025. Vol. 38. P. 627 – 641. DOI: 10.1007/s40195-025-01820-6Cheng M., Wu J., Lu Z., et al. Effect of argon-induced porosity on mechanical properties of powder metallurgy titanium alloy components using hot isostatic pressing / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2021. Vol. 34. P. 1386 – 1394. DOI: 10.1007/s40195-021-01243-zCheng M., Wu J., Lu Z., et al. Effect of argon-induced porosity on mechanical properties of powder metallurgy titanium alloy components using hot isostatic pressing / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2021. Vol. 34. P. 1386 – 1394. DOI: 10.1007/s40195-021-01243-zMeng F., Lang L., Xiao Y. Comparative analysis of the hot isostatic pressing densification behavior of uniform and non-uniform distributed powder / Metals. 2023. Vol. 13. No. 7. P. 1319. DOI: 10.3390/met13071319Meng F., Lang L., Xiao Y. Comparative analysis of the hot isostatic pressing densification behavior of uniform and non-uniform distributed powder / Metals. 2023. Vol. 13. No. 7. P. 1319. DOI: 10.3390/met13071319Андрюшкин А. Ю., Мещеряков С. А., Михайлов К. Н. Влияние пористости на механические свойства полученных селективным лазерным плавлением металлических изделий / Вопросы оборонной техники. 2020. № 7 – 8(145 – 146). С. 114 – 123.Andryushkin A. Yu., Mesheryakov S. A., Mikhailov K. N. Effect of porosity on the mechanical properties of metal products obtained by selective laser melting / Vopr. Oboron. Tekhn. 2020. Nos. 7 – 8 (145 – 146). P. 114 – 123 [in Russian].Zhernakov V. S., Latysh V. V., Stolyarov V. V., et al. The developing of nanostructured SPD Ti for structural use / Scripta Materialia. 2001. Vol. 44. Nos. 8 – 9. P. 1771 – 1774. DOI: 10.1016/s1359-6462(01)00737-0Zhernakov V. S., Latysh V. V., Stolyarov V. V., et al. The developing of nanostructured SPD Ti for structural use / Scripta Materialia. 2001. Vol. 44. Nos. 8 – 9. P. 1771 – 1774. DOI: 10.1016/s1359-6462(01)00737-0Иванов М. Б., Колобов Ю. Р., Голосов Е. В. и др. Механические свойства наноструктурного титана серийного производства / Российские нанотехнологии. 2011. Т. 6. № 5 – 6. С. 108 – 114.Ivanov M. B., Kolobov Yu. R., Golosov E. V., et al. Mechanical properties of mass-produced nanostructured titanium / Ross. Nanotekhnol. 2011. Vol. 6. Nos. 5 – 6. P. 108 – 114 [in Russian].Лопатин Н. В., Бубнов М. В., Рогалев А. М. и др. Изотермическая штамповка заготовок диска из сплава ЭП741-НП, полученных методами порошковой металлургии / Авиационные материалы и технологии. 2014. № S5. С. 31 – 37. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s5-31-37Lopatin N. V., Bubnov M. V., Rogalev A. M., et al. Isothermal stamping of disk blanks made of EP741NP alloy obtained by powder metallurgy methods / Aviats. Mater. Tekhnol. 2014. No. S5. P. 31 – 37 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s5-31-37Хлыбов А. А., Рябов Д. А., Соловьев А. А. и др. Исследование формирования структуры и свойств в заготовке из жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, полученной по технологии горячего изостатического прессования / Вестник ИжГТУ. 2024. Т. 26. № 4. С. 42 – 49. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-4-42-49Khlybov A. A., Ryabov D. A., Solovyov A. A., et al. Investigation of the formation of structure and properties in a billet made of heat-resistant nickel alloy EP741NP, obtained by hot isostatic pressing technology / Vestn. IzhGTU. 2024. Vol. 26. No. 4. P. 42 – 49 [in Russian]. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-4-42-49

The authors declare that there are no conflicts of interest present.