Проанализировано состояние титановой промышленности, применение титана и соответствующих научных исследований в СНГ. Титановая промышленность СНГ активно участвует во всемирном расширении потребления титана. В последние годы увеличилось внутреннее его потребление. Фундаментальные исследования природы титановых материалов постепенно смещаются к прикладным, цель которых – разработка новых сплавов, а также технологических процессов и поиск дополнительных областей применения.

За математичними моделями процесів теплоперенесення під час форму¬ван¬ня зливків електронно-про-меневим переплавленням визначено температурні умови та відповідні технологічні параметри, за яких у зливках круглого і прямокутного перетинів утворюється однорідна структура без грубих стовпчастих кристалітів. Створені технологія й обладнання для виробництва великогабаритних зливків титанових сплавів діаметром до 1200 mm і довжиною до 4,5 m безпосередньо з неподрібнених блоків губчастого титану. Якість зливків і технічно чистого, і легованого титану задовольняє вимоги стандарту ASTM B348-00.

Показана можливість управління структурою різних титанових сплавів різних класів за термоводневої обробки. Розглянуто структуроутворення у фасонних виливках сплаву ВТ20Л за додаткового легування воднем. Залежно від вмісту водню під час термоводневої обробки можливе перетворення крупнопластинчастої структури в дрібнопластинчасту з розміром ?-частинок від декількох мікрон до нанометрів. Описано механізм фазових і структурних перетворень у титанових сплавах з підвищеним вмістом ?-евтектоїдних стабілізаторів (Ti–12Cr) або алюмінію (ВТ6, ВТ23) під дією водню. Показана мож-ливість створення збідненої алюмінієм композитної структури ?-фази і інтерметалідної сполуки TiCr2 або некогерентних часток ?2- і ?-фаз.

Изучены структура и физико-механические свойства ряда эвтектических сплавов систем Ti–Si–Zr, Ti–Si–B, Ti–Si–Ga. Показано, что сплавы системы Ti–Si–Zr с повышенным содержанием Zr благодаря дисперсным силицидам (Ti,Zr)2Si с размерами около сотен нанометров в сравнении со сплавами на базе силицидов Ti5Si3 демонстрируют улучшенные механические свойства. Впервые получен эвтектический сплав системы Ti–Si–Zr–Sn в литом состоянии с пластичностью ~1,7%. Формирование сверхдисперсной эвтектики на основе тройного соединения Ti6Si2B в сплавах системы Ti–Si–B позволяет получить титановые композиты с улучшенными высокотемпературными свойствами и повышенным модулем упругости (на уровне 150 GPa, а при дополнительном легировании – до 165 GPа), что может быть перспективным для разработки новых жаропрочных титановых композиционных материалов повышенной жесткости. Изучение совместного влияния галлия и кремния в сплавах системы Ti–Si–Ga показало возможность получения титановых материалов с высокой жаропрочностью, базирующихся на двойной эвтектике (a-Ti (a2-Ti3Ga) + Ti5(Si,Ga)3.

Рассмотрены способы термодиффузионного карбонитрирования титана. Показана возможность реализовать карбонитрирование в ?-области титана. Установлено, что оптимизацией температурно-временных и газодинамических параметров карбонитрирования, а также выбором соответствующего способа можно влиять на качество поверхности покрытия и его свойства.

Для разных структурных модификаций сплава Ti–8Al–1,4Si–2,2Zr установлено, что повышение температуры способствует увеличению циклической вязкости разрушения ?Kfc, однако приводит к снижению порога усталости ?Kth. При 20?С литой материал с крупнозернистой пластинчатой структурой превосходит при средних и высоких уровнях нагружения мелкозернистые модификации, полученные термомеханической обработкой, а при 700?С – только при средних амплитудах нагрузки. Закалка с ?-области сплава, термодеформированного на 90%, увеличивает по сравнению с литым состоянием значения ?Kth при температуре 20?С в 2 раза и ?Kfc при 700?С – в 1,6 раза.

Изучены особенности формирования микроструктуры и механических свойств технически чистого титана ВТ1-0 при поверхностной скоростной термической обработке. В претерпевшем превращение слое металла формируется альфа-структура с увеличенным размером зерна и несколько сниженной микротвердостью, тогда как в переходной зоне между нагретыми выше и ниже температуры полиморфного превращения (Т) слоями наблюдается увеличение микротвердости. Рост объемной доли нагретого выше Т? слоя сопровождается монотонным повышением прочностных и уменьшением пластических характеристик металла. В случае 100%-го нагрева выше Т предел выносливости металла возрос в 1,5 раза. Сделано предположение, что изменение механических характеристик сплава связано с формированием термических напряжений сжатия вследствие очень быстрого (до 400? С/s) нагрева и охлаждения металла.

З допомогою методів сканівної електронної мікроскопії, рентгеноструктурного фазового аналізу і дюрометрії побудовано діаграму ізотермічного розпаду метастабільної ?-фази в сплаві Ti–22Al–26Nb–0,5Zr–0,4Mo у діапазонах від 600 до 900?С під час витримки до 64 min. Проаналізовано морфологічні особливості утворюваних фаз.

Запропоновано спосіб обробки сплаву ВТ9, який підвищує умовну границю текучості на 25% і границю міцності на 15% при 400...550?С порівняно з традиційною зміцнювальною обробкою. Він cкладається з насичення заготовок воднем, деформацію, гартування, старіння і зневоднювальний вакуумний відпал. Оскільки приріст міцнісних характеристик пов’язаний з формуванням у сплаві особливого структурного стану, наведено результати його дослідження після кожного етапу обробки. У сплаві можна одержати дисперсну пластинчасту мікроструктуру з розміром ?-зерен 20...40 ?m і ?-фазою, близькою за складом до впорядкованого інтерметаліда Ti3Al. Структурний стан і властивості сплаву не змінюються після додаткової його витримки при 500?С, 100 h.

Досліджено можливості ресурсозберігальної безвиливкової технології виробництва прутків зі сплаву ВТ1-0 методом прямого стадійного деформування титанової губки. Розроблено та експериментально випробувано декілька схем основних технологічних операцій: високотемпературна дегазація титанової губки, включаючи визначення температурно-часових параметрів; проектування і виготовлення оснастки для високотемпературного компактування у вакуумі титанової губки; дослідне пресування на пресі (2 MN) прутка зі щільної заготовки з одержанням експериментальних зразків прутків ?30 mm; дослідне вальцювання заготовки з одержанням смуг завтовшки 2,0 mm.

Рассмотрено легирование губчатого титана кислородом. Оно в диапазоне концентраций 0,05%…0,30% О2 существенно не влияет на структуру и механизм разрушения литого титана, однако значительно повышает его прочность при сохранении пластичности в допустимом диапазоне, установленном для стандартных титановых сплавов соответствующего класса.

Розглянуто перспективи використання композиції Ti–Fe–O–N для створення ощаднолегованих (?+?)-сплавів титану з міцністю 700…1000 MPa та високою технологічною пластичністю. Визначено граничні концентрації легувальних елементів, що забезпечують прийнятний комплекс характеристик міцності та технологічності, та запропоновано оптимальний склад сплаву Ti–1,5Fe–0,49O–0,05N. Проаналізовано технологічні та експлуатаційні характеристики нового сплаву і зроблено висновок про перспективність його використання у багатьох галузях промисловості.

Показано, что механические свойства и структура полуфабрикатов из сплава ВТ22 формируются на стадии горячей деформации и зависят от кинетики и морфологии ее образования. Установлено влияние ?-оторочки и ?-выделений на свойства полуфабрикатов сплава ВТ22, особенно массивных, что требует регламентации подобных неоднородностей структуры в документации на поставку и контроль.

Исследовано коррозионно-электрохимические свойства титано¬вого (?+?)-сплава ВТ-6 после высокоэнергетической ионной имплантации азотом (E = 30 keV) дозой 2•1017 ion/cm2 с последующим отжигом в вакууме, бором (E = 100 keV) дозой 1•1015 ion/cm2, азотом и бором, а также ионно-плазменного покрытия нитридов титана в растворах хлоридной и серной кислот. Показано, что модификация поверхности повышает коррозионную стойкость титана в высококонцентрированных растворах кислот, при этом стойкость покрытия из нитридов титана толщиной до 10 ?m немного ниже, чем с имплантированным сплавом.

Новый высокопрочный титановый сплав Т110 имеет хорошую свариваемость. Соединения, выполненные электронно-лучевой сваркой, равнопрочные с основным металлом. Уровень прочности соединений, выполненных аргоно-дуговой сваркой, составляет не менее 90...95% прочности основного металла. Для обеспечения повышенного уровня механических свойств сварные соединения сплава Т110 достаточно отжечь при 750°С в течение 1 h и охладить на воздухе.

Оценены тепловые потоки и распределение температуры поверхностно обработанных титановых сплавов в процессе механоимпульсной обработки. Показано, что при использовании упрочняющих инструментов из нержавеющей стали 12Х18Н10Т тепловой поток, направленный в упрочняемую поверхность, увеличивается, что приводит к нагреванию поверхностных слоев до более высоких температур и, соответственно, росту глубины упрочненного слоя. Обсуждена важная роль сдвиговых деформаций и массопереноса в поверхностном упрочнении механоимпульсной обработкой титановых сплавов.

Методами електрохімії і рентгенівської дифракції визначені параметри катодної поляризації для наводнювання ?–Ti і сплавів на основі інтерметалідної фази TiAl без утворення і з утворенням гідридної фази. В ?–Ti зростальна катодна поляризація в 0,1М NaOH зумовлює розчинення водню у ґратці металу і її модифікацію, а також збільшення кількості гідриду. Гідридна фаза не зафіксована в сплавах на основі TiAl навіть за набагато більшої абсорбції водню порівняно з чистим Тi. Проте водень змінює фазовий склад сплавів і параметри ґратки фаз.

Исследовано деформационное поведение сплава ВТ6, полученного методом порошковой металлургии и по традиционной технологии (литьё и горячая деформация). Установлено, что в обоих типах материалов эволюция дислокационной структуры и деформационное упрочнение при растяжении протекают по одним и тем же физическим законам. Деформацию и упрочнение порошкового материала и сплава ВТ6 с пластинчатой структурой, полученного по традиционной технологии, контролирует ?-фаза с ОЦК решеткой по механизму композиционного упрочнения. Независимо от температуры спекания порошковые сплавы разрушаются по механизму вязкого сдвига и отрыва. Остаточные поры в порошковом материале не являются местами зарождения трещин.

Исследована жаростойкость сложнолегированных сплавов титана с содержанием 4,5…11 mass.% Al в литом и рекристаллизированном состояниях при температуре 800?С в течение 50 h. Показано, что легирование одинаково влияет на литой и рекристаллизированный металл, а начальная структура изменяет кинетику окисления последнего. При этом измельченная рекристаллизированная структура содействует образованию адгезионно прочной оксидной пленки, которая обеспечивает високую жаростойкость при длительных выдержках.

Исследовано совместное влияние наводороживания и предварительного пластического деформирования при температуре 623 K растяжением и комбинированным растяжением на напряжение отрыва теплоустойчивой стали 15Х2МФА. Наводороживали как до, так и после ППД. Методом электронной просвечивающей микроскопии установлено, что независимо от вида нагружения и схемы наводороживания ППД уменьшает расстояние между малоугловыми границами, увеличивает плотность дислокаций в них, а также разориентацию бейнитной структуры. Наводо-роживание после ППД не влияет на напряжение отрыва стали. ППД растяжением и комбинированным растяжением предварительно наводороженной стали уменьшает ее напряжение отрыва пропорционально росту плотности дислокаций в малоугловых границах.

Запропоновано модель деградації залишкової міцності для двох орієнтацій волокон вуглецево-епоксидного композиту. Модель побудована на основі аналізу поступового зменшення залишкової міцності композиту та на збільшенні циклів навантаження. Досліджували дві групи зразків на розтяг за статичних та динамічних навантажень. Необхідно було встановити залежність між статичними та динамічними властивостями композиту для передбачення залишкової міцності за різної кількості циклів навантаження. На основі початкових експериментальних результатів значення параметрів, отриманих за моделлю, визначали чисельно. Розглянуто і показано взаємозв’язок між статичними розподілами відповідної границі міцності, визначеної за допомогою моделі, та розподілом експериментальних результатів.

Исследованы системы сталь 20 с никелевым и цинковым покрытиями в 3%-м NaCl, дистиллированной воде и растворе 45•10–3% H2SO4 + 0,14% H2O2 + 5•10–6% K2Cr2O7 с использованием капиллярных зондов, заполненных этими средами. После их применения нет погрешностей в измерениях в объеме электролита. Низкая электропроводность электролита и растворение метала в активном состоянии являются необходимым условием адекватного измерения локальных электродных потенциалов. Обнаружено, что в капле электролита точность локальных микроэлектрохимических измерений выше, чем в его пленке.

Предложен эффективный новый метод оценки коэффициента интенсивности напряжений в ферромагнитном теле с трещиной. Показано хорошее соответствие коэффициента интенсивности напряжений с известным в литературе точным магнитоупругим решением для кольцевой трещины. Установлены значения коэффициентов интенсивности напряжений в ферромагнитном теле с эллиптической и полуэллиптической трещинами.