Исследование структуры и свойств заготовки из сплава ВТ6, полученной методом горячего изостатического прессования

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.

1. Хорев М. А., Хорев А. И. Титановые сплавы, их применение и перспективы развития / Материаловедение. 2005. № 1. С. 25 – 34.

2. 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-63-75

3. 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.

4. 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.

5. 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.2020.140426

6. Орыщенко 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-x

7. Морозова 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.

8. 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/s11837-021-04670-6

9. Агеев С. В., Гиршов В. Л. Горячее изостатическое прессование в порошковой металлургии / Металлообработка. 2015. Т. 88. № 4. С. 28 – 30.

10. Савич В. В., Оглезнева С. А. Порошковая металлургия: современное состояние и перспективы развития: монография. — Пермь: ПНИПУ, 2021. — 695 с.

11. 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: 10.22213/2413-1172-2021-4-4-10

12. Хлыбов 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/2021.3.18

13. Shang 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/s40195-025-01820-6

14. Cheng 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-z

15. Meng 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/met13071319

16. Андрюшкин 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.

17. 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)00737-0

18. Иванов 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.

19. 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-s5-31-37

20. Хлыбов 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: 10.22213/2413-1172-2023-4-42-49