npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562924060381TZGLRHnpe-404Research ArticleПерспективные конструкционные материалыPromising Structural MaterialsЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ БЫСТРОЗАКАЛЕННОГО ПОРОШКА ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ TI, ПОЛУЧЕННОГО PREP МЕТОДОМREGULARITIES OF THE STRUCTURE FORMATION OF RAPIDLY QUENCHED POWDER OF THE HEAT-RESISTANT TI-BASED ALLOY PRODUCED BY PREP-METHODШульгаА. В.ShulgaA. Vavshulga@mephi.ruНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202425122024156552566Copyright © Шульга А.В., 20242024Шульга А.В.Shulga A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/404

Проведено многоуровневое исследование структуры сферических частиц (гранул) быстроза каленного порошка жаропрочного (α + β) сплава на основе титана, полученного PREP методом, который использовался в дальнейшем для изготовления изделий по PM HIP технологии. Методы металлографии, SEM, EDX, OIM использовались для изучения структуры гранул различного размера. Выявлено влияние размера гранул и вакуумной термообработки при температурах в областях (α + β)- и β-фазы на закономерности формирования микроструктуры гранул. Дендритная микроструктура зерен метастабильной β-фазы обнаружена в частицах (гранулах) исходного быстрозакаленного PREP-порошка. Дендритная сегрегация легирующих элементов выявлена отчетливо в более крупных частицах, в частности для Мо. В более мелких частицах наблюдалось образование более высокодисперсной структуры. Определено влияние уменьшения размера гранул на снижение размерного параметра дендритной структуры (SDAS). Построена схематическая TTT диаграмма фазовых превращений в исследованном сплаве, включая кристаллизацию, мартенситное превращение и β → (α + β)-нормальное диффузионное превращение.

A multiscale study of the structure of spherical particles (granules) of rapidly quenched powder of a heat-resistant (α + β) titanium-based alloy obtained by the PREP method, which has been subsequently used for the manufacture of products using PM HIP technology, has been carried out. Metallography LM, SEM, EDX, OIM methods are used to study the structure of granules of different sizes. The influence of the granule size and vacuum heat treatment at temperatures in the fields of (α + β) and β phases on the regularities of the formation of the microstructure of granules has been revealed. The dendrite microstructure of grains of the metastable β phase has been found in the particles (granules) of the original rapidly quenched PREP powder. Dendrite segregation of alloying elements is clearly revealed in larger particles, for example, for Mo. In smaller particles, the formation of a more highly dispersed structure has been observed. The controlling effect of granule size decreasing on the reduction of dendrite structure size parameter (SDAS) has been determined. Schematic TTT diagrams of phase transformations in the studied alloy, including crystallization, martensitic transformation, and normal diffusion transformation β → (α + β), have been constructed.

жаропрочный α+β сплав на основе титанабыстрозакаленный PREP-порошокPM HIP-технологиядендритная структурасегрегация легирующих элементовразмерный параметрheat-resistant α + β titanium-based alloyrapidly quenched PREP powderPM HIP technologydendritic structuresegregation of alloying elementsdimensional parameter of dendritic structure (SDAS)ReferencesLeyens Ch., Peters M. (Eds.) Titanium and Titanium Alloys. Fundamentals and Applications. 2003. Weinheim: Wiley-Vch Verlag. https://doi.org/10.1002/3527602119Leyens Ch., Peters M. (Eds.) Titanium and Titanium Alloys. Fundamentals and Applications. 2003. Weinheim: Wiley-Vch Verlag. https://doi.org/10.1002/3527602119Guo R.P., Xu L., Wu J., Yang R., Zong B.Y. // Sci. Eng. A. 2015. V. 639. P. 327. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03612-7Guo R.P., Xu L., Wu J., Yang R., Zong B.Y. // Sci. Eng. A. 2015. V. 639. P. 327. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03612-7Shulga A.V. An Investigation of the Microstructure and Mechanical Properties of the PM HIP Compacts of the High Temperature Ti-Based Alloy Fabricated Using the Rapidly Quenched Powder Produced by PREPTechnique. Proc. Euro PM 2020: European Conference on Powder Metallurgy. 2020.Shulga A.V. An Investigation of the Microstructure and Mechanical Properties of the PM HIP Compacts of the High Temperature Ti-Based Alloy Fabricated Using the Rapidly Quenched Powder Produced by PREPTechnique. Proc. Euro PM 2020: European Conference on Powder Metallurgy. 2020.Zhang K., Mei J., Wain N., Wu X. // Metall. Mater. Trans. A. 2020. V. 41. P. 1033. https://doi.org/10.1007/s11661-009-0149-yZhang K., Mei J., Wain N., Wu X. // Metall. Mater. Trans. A. 2020. V. 41. P. 1033. https://doi.org/10.1007/s11661-009-0149-yHidalgo A.A., Frykholm H.R., Ebel T., Pyczak F. // Adv. Eng. Mater. 2017. V. 19 (6). P. 1600743. https://doi.org/10.1002/adem.201600743Hidalgo A.A., Frykholm H.R., Ebel T., Pyczak F. // Adv. Eng. Mater. 2017. V. 19 (6). P. 1600743. https://doi.org/10.1002/adem.201600743Paramore J.D., Fang Z.Z., Sun P., Koopman M., Chandran K.S.R., Dunstan M. // Scr. Mater. 2015. V. 107. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.05.032Paramore J.D., Fang Z.Z., Sun P., Koopman M., Chandran K.S.R., Dunstan M. // Scr. Mater. 2015. V. 107. P. 103. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.05.032Liu L.H., Yang C., Kang L.M., Long Y., Xiao Z.Y., Li P.J., Zhang L.C. // Mater. Sci. Engin. A. 2016. V. 650. P. 171. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.048Liu L.H., Yang C., Kang L.M., Long Y., Xiao Z.Y., Li P.J., Zhang L.C. // Mater. Sci. Engin. A. 2016. V. 650. P. 171. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.048Carroll B.E., Palmer T.A., Beese A.M. // Acta Mater. 2015. V. 87. P. 309. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.12.054Carroll B.E., Palmer T.A., Beese A.M. // Acta Mater. 2015. V. 87. P. 309. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.12.054Zhang S.Z., Xu H.Z., Li G.P., Liu Y.Y., Yang R. // Mater. Sci. Engin. A. 2005. V. 408. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.057Zhang S.Z., Xu H.Z., Li G.P., Liu Y.Y., Yang R. // Mater. Sci. Engin. A. 2005. V. 408. P. 290. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.057Fukuda T., Kawamura T., Kakeshita T. // J. Alloys Compd. 2016. V. 683. P. 481. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.120Fukuda T., Kawamura T., Kakeshita T. // J. Alloys Compd. 2016. V. 683. P. 481. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.120Davids W., Chen H., Nomoto K., Wang H., Babu S., Primig S., Liao X., Breen A., Ringer S. // Acta Mater. 2021. V. 215. P.117131. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117131Davids W., Chen H., Nomoto K., Wang H., Babu S., Primig S., Liao X., Breen A., Ringer S. // Acta Mater. 2021. V. 215. P.117131. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117131Demakov S., Kylosova I., Stepanov S., Bönisch M. // Acta Cryst. B. 2021. V. 77. P. 749. https://doi.org/10.1107/S2052520621007976Demakov S., Kylosova I., Stepanov S., Bönisch M. // Acta Cryst. B. 2021. V. 77. P. 749. https://doi.org/10.1107/S2052520621007976Barriobero-Vila P., Oliveira V.B., Schwarz S., Buslaps T., Requena G. // Acta Mater. 2017. V. 135. P. 132. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.06.018Barriobero-Vila P., Oliveira V.B., Schwarz S., Buslaps T., Requena G. // Acta Mater. 2017. V. 135. P. 132. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.06.018Guo R.-P., Xu L., Zong B.Y., Yang R. // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2017. V. 30. P. 735. https://doi.org/10.1007/s40195-017-0540-4Guo R.-P., Xu L., Zong B.Y., Yang R. // Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.). 2017. V. 30. P. 735. https://doi.org/10.1007/s40195-017-0540-4Sun P., Fang Z., Zhang Y., Xia Y. // J. Minerals Met. Mater. Soc. 2017. V. 69. P. 1853. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2513-5Sun P., Fang Z., Zhang Y., Xia Y. // J. Minerals Met. Mater. Soc. 2017. V. 69. P. 1853. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2513-5Mitchell A., Kawakami A., Cockcroft S.L. // High Temp. Mater. Proces. 2007. V. 26 (1). P. 59. https://doi.org/10.1515/HTMP.2007.26.1.59Mitchell A., Kawakami A., Cockcroft S.L. // High Temp. Mater. Proces. 2007. V. 26 (1). P. 59. https://doi.org/10.1515/HTMP.2007.26.1.59Kurdiumov G.V. // Dokl. Akad. Nauk. SSSR. 1948. V. 60. P. 1543.Kurdiumov G.V. // Dokl. Akad. Nauk. SSSR. 1948. V. 60. P. 1543.Stefanescu D.M., Ruxanda R. Solidification Structures of Titanium Alloys. Metallography and Microstructures. 2004. V. 9. P. 116–126. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v09.a0003728Stefanescu D.M., Ruxanda R. Solidification Structures of Titanium Alloys. Metallography and Microstructures. 2004. V. 9. P. 116–126. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v09.a0003728Kelkar K., Mitchell A. // MATEC Web Conf. 2020. V. 321. P. 10001. https://doi.org/10.1051/matecconf/202032110001Kelkar K., Mitchell A. // MATEC Web Conf. 2020. V. 321. P. 10001. https://doi.org/10.1051/matecconf/202032110001Elshaer R.N., Ibrahim K.M. // J. Mater. Engin. Perf. 2023. V. 32 (17). P. 7831. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07654-yElshaer R.N., Ibrahim K.M. // J. Mater. Engin. Perf. 2023. V. 32 (17). P. 7831. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07654-yIbrahim K., Hussien A., Abdelkawy M. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. V. 23. P. 1863. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62671-0Ibrahim K., Hussien A., Abdelkawy M. // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2013. V. 23. P. 1863. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62671-0Elshaer R.N., El-Deeb M.S., Mohamed S.S., Ibrahim K.M. // Int. J. Metalcast. 2022. V. 16 (2). P. 723. https://doi.org/10.1007/s40962-021-00622-7Elshaer R.N., El-Deeb M.S., Mohamed S.S., Ibrahim K.M. // Int. J. Metalcast. 2022. V. 16 (2). P. 723. https://doi.org/10.1007/s40962-021-00622-7

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