ФОРМИРОВАНИЕ ГЕТЕРОГЕННОЙ СТРУКТУРЫ В СПЛАВЕ НА ОСНОВЕ γ-TiAl С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯЧЕИСТОЙ РЕАКЦИИ

Исследована структура сплава Ti ‒ 43,7Al ‒ 3,4Nb ‒ 1,1Mo (ат. %), определены температуры фазовых превращений, их последовательность при нагреве и в ходе термической обработки, направленной на активацию ячеистой реакции. Последняя заключается в образовании новых крупнопластинчатых (λ₂) в нанопластинчатых (λ₁) колониях (λ₂ >> λ₁). Теоретически и экспериментально определены с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии температура эвтектоидного (α₂ → γ)-превращения (1137 °С (расчетная температура 1071 °С)) и температура растворения γ-фазы (1273 °С (расчетная температура1262 °С)) при нагреве, а также смоделирована зависимость долей фаз от температуры. Закалкой из двухфазной (α + β)-фазовой области получена метастабильная α₂-зеренная структура с прослойками β-фазы. В результате последующего старения была получена гетерогенная структура, сформированная в ходе ячеистой реакции. После старения при температуре 800 °С продолжительностью 6 ч гетерогенная структура состояла из нанопластинчатых (α₂ + γ)-колоний с межпластинчатым расстоянием 0,01 мкм и крупнопластинчатых (α₂/β + γ)-колоний с межпластинчатым расстоянием 0,3 мкм и объемной долей 5 %. Увеличение температуры старения до 850 °С вело к росту межпластинчатого расстояния крупнопластинчатых колоний до 0,5 мкм и отсутствию изменений объемной доли 5 %. Полученные состояния были подвержены последующему отжигу при температуре 1050 °С, что привело к росту межпластинчатого расстояния нанопластинчатых колоний до 0,5 мкм и крупнопластинчатых колоний до 3,2 мкм, а также увеличению их доли до 23 об. % в случае старения при 800 °С. В результате отжига после старения при температуре 850 °С межпластинчатое расстояние в нанопластинчатых колониях составило 0,7 мкм, а в крупнопластинчатых 4,2 мкм, объемная доля которых достигла 22 %. В ходе отжига при        1050 °С наблюдалось активное протекание α → β превращение, приводящее к трансформации крупнопластинчатых (α₂/β + γ)-колоний в (β + γ)-колонии, а нанопластинчатые (α₂ + γ)-колонии в  (α₂/β + γ)-колонии.

1. Appel F., Paul J.D.H., Oehring M. Gamma Ti-tanium Aluminides. John Wiley & Sons; 2011:752.

2. Clemens H., Mayer S. Design, processing, mi-crostructure, properties, and applications of advanced intermetallic TiAl alloys. Adv. Eng. Mater. 2013;15:191–215.

3. https://doi.org/10.1002/adem.201200231

4. Dimiduk D.M. Gamma titanium aluminide alloys-an assessment within the competition of aerospace structural materials. Materials Science and Engineering: A. 1999;263(2):281‒288. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)01158-7

5. Leyens C. Titanium and Titanium Alloys. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2003:532.

6. Lütjering G., Williams J.C. Titanium. Engi-neering Materials and processes. Springer Ver-lag Berlin Heidelberg. 2007:442.

7. Viswanathan G.B., Mills M.J., Vasudevan V.K. Microstructural effects on the tensile properties and deformation behavior of a Ti ‒ 48Al gamma titanium aluminide. Metall. Ma-ter. Trans. A Phys. Metall. Mater. Sci. 2003;34:2113–2127.

8. Clemens H., Wallgram W., Kremmer S., Gü-ther V., Otto A., Bartels A. Design of Novel β-Solidifying TiAl Alloys with Adjustable β/B2-Phase Fraction and Excellent Hot-Workability. Adv. Eng. Mater. 2008;10:707‒713.

9. Panov D.O., Sokolovsky V.S., Stepanov N.D., Zherebtsov S.V., Panin P.V., Volokitina E.I., Nochovnaya N.A., Salishchev G.A. Effect of interlamellar spacing on strength-ductility combination of β-solidified γ-TiAl based alloy with fully lamellar structure. Materials Sci-ence & Engineering A. 2023;862:144458.

10. Kim Y.W., Kim S.L., Advances in gammalloy materials–processes–application technology: successes, dilemmas, and future. JOM (J. Oc-cup. Med.). 2018;70:553–560.

11. https://doi.org/10.1007/s11837-018-2747-x

12. Wallgram W., Schmölzer T., Cha L., Das G., Güther V., Clemens H. Technology and me-chanical properties of advanced γ-TiAl based alloys. Int. J. Mat. Res. 2009;100;8:1021‒1030.

13. Cha L., Clemens H., Dehm G. Microstructure evolution and mechanical properties of an in-termetallic Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B alloy af-ter ageing below the eutectoid temperature. Int. J. Mat. Res. 2011;102;6:703‒708.

14. Qin G.W., Oikawa K., Sun Z.M., Sumi S., Ikeshoji T., Wang J.J., Guo S.W., Hao S.M. Discontinuous coarsening of the lamellar structure of γ-TiAl-based intermetallic alloys and its control. Metallurgical and Materials Transactions A. 2001;32:1927–1938.

15. Clemens H., Mayer S. Intermetallic titanium aluminides in aerospace applications – pro-cessing, microstructure and properties. Mate-rials at High Temperatures. 2016;33:560‒570.

16. http://doi.org/10.1080/09603409.2016.1163792

17. Sokolovsky V.S., Stepanov N.D., Zherebtsov S.V., Volokitina E.I., Panin P.V., Nochovnaya N.A., Kaloshkin S.D., Salishchev G.A. The effect of Gd addition on the kinetics of α2 → γ transformation in γ-TiAl based alloys. Inter-metallics. 2020;120:106759.

18. Кузнецов А.В., Соколовский В.С., Салищев Г.А., Белов Н.А., Ночовная Н.А. Термодинамиче-ское моделирование и экспериментальное изучение фазовых превращений в сплавах на основе γ-TiAl. МиТОМ. 2016;5:14–23. https://doi.org/10.1007/s11041-016-9999-2

19. Schloffer M., Iqbal F., Gabrisch H., Schwaighofer E., Schimansky F.P., Mayer S., Stark A., Lippmann T., Göken M., Pyczak F., Clemens H. Microstructure development and hardness of a powder metallurgical multi phase γ-TiAl based alloy. Intermetallics. 2012;22:231–240, https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.11.015

20. Schmoelzer T., Liss K.-D., Zickler G. et al. Phase fractions. transition and ordering tem-peratures in TiAl – Nb – Mo alloys: An in- and ex-situ study. Intermetallics. 2010;18:1544–1552.

21. Qiang F., Kou H., Wang L., Li J. β0 precipita-tion in α2 lamellae of the β-solidifying multi-ple-phase γ-TiAl alloy. Mater. Charact. 2020;167:110474.

22. Kastenhuber M., Klein T., Clemens H., Mayer S. Tailoring microstructure and chemical composition of advanced γ-TiAl based alloys for improved creep resistance. Intermetallics. 2018;97:27–33. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.03.011

23. Zheng G., Tang B., Zhao S., Wang W.Y., Ding Y., Zhao Z., Zhu L., Li J. Revealing cel-lular reaction mechanisms and high-temperature structure stability in β-stabilized TiAl alloy. Mater. Char. 2023;203:113110.

24. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.113110.

25. Sokolovsky V.S., Stepanov N.D., Salishchev G.A. The effect of cellular reaction on mechanical behavior and microstructure evolution of β-solidified γ-TiAl based alloy during hot de-formation. Intermetallics. 2025;179:108653.

26. Озеров М.С., Ноздрачева Е.И., Наумов C.В., Соколовский В.С. Влияние гетерогенной структуры на механические свойства β-затвердевающего сплава на основе γ-TiAl. Композиты и наноструктуры. 2026;18(1):42‒50. https://doi.org/10.36236/1999-7590-2026-18-1-42-50