A. G. Illarionov, A. A. Popov, S. M. Illarionova, D. V. Gadeev, O. A. Elkina
THE EFFECT OF MICROALLOYING WITH CHROMIUM, HAFNIUM AND YTTRIUM ON THE STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE VT18U HIGH-TEMPERATURE TITANIUM ALLOY
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.3.015-022 The effect of microalloying of the VT18U high-temperature near-alpha titanium alloy with rare-earth elements (yttrium and hafnium), simultaneously with chromium, on its phase composition, structure and microindentation hardness is considered. It is demonstrated that additional alloying of the alloy both with chromium and hafnium and with chromium and yttrium decreases the beta-transus temperature (BTT) of the alloy. A higher content of β-stabilizers in the experimental alloys in comparison with the commercial alloy proves to increase the β-phase volume fraction and decrease the elastic modulus from 115 GPa to 104 GPa in the as-received 750 ºC α+β-annealed condition. Additional microalloying with chromium and yttrium is shown to inhibit the β-grain growth during high-temperature holds due to the segregation of yttrium atoms to the boundaries followed by a decrease in free energy, whereas doping with chromium and hafnium proves to have no effect on the grain growth process due to the non-horophilic nature of these elements.
Keywords: microalloying, titanium alloys, rear-earth elements, REM, yttrium  References:
- Khorev A. I. Theory and practice of microalloying of pseudo-α- and α+β-titanium alloys with REM, zirconium, hafnium and rhenium. Tekhnologiya mashinostroeniya, 2015, no. 1, pp. 5–10. (In Russian).
- Nochovnaya N.A., Khorev A.I., Yakovlev A.L. Perspectives of Alloying Titanium Alloys with Rare Earth Elements. Metal Science and Heat Treatment, 2013, vol. 55, iss. 7–8, pp. 415–418. DOI: 10.1007/s11041-013-9646-0.
- Cui W.F., Liu C.M., Zhou L., Luo G.Z. Characteristics of microstructures and second-phase particles in Y-bearing Ti-1100 alloy. Materials Science and Engineering A, 2002, vol. 323, iss. 1–2, pp. 192–197. DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01362-4.
- Zeng L., Hong Q., Zhao Y., Qi Y. Influence of rare earth element Y on the thermal stabilities of Ti-600 alloy. Rare Metal Materials and Engineering, 2014, vol. 43, no. 10, pp. 2407–2410.
- Huang Z.W. Thermal stability of Ti–44Al–4Nb–4Hf–0.2Si–1B alloy. Intermetallics, 2013, vol. 37, pp. 11–21. DOI: 10.1016/j.intermet.2013.01.011.
- Kashchuk V.A. Vliyanie perekhodnykh metallov na svoistva metallov i splavov [The Influence of Transition Metals on the Properties of Metals and Alloys]. Tomsk, Tomsk University Publ., 1981, 272 p. (In Russian).
- Terekhova V.F., Savitsky E.M. Ittriy [Yttrium]. Moscow, Nauka Publ., 1967, 270 p. (In Russian).
- Khorev A.I. Alloying titanium alloys with rare-earth metals. Russian Engineering Research, 2011, vol. 31, iss. 11, pp. 1087–1094. DOI: 10.3103/S1068798X11110104.
- Khorev A.I. Microalloying of titanium alloys. Metal Science and Heat Treatment, 1979, vol. 21, iss. 12, pp. 927–931. DOI: 10.1007/BF00706629.
- Rath B.B., McDonald B.A., Sastry S.M., Lectench R.Y., O'Neal G.E., Whitesett C.R. Influence of erbium and yttrium addition on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys. In: Titanium 80, Proc. 4th Int. Conf. on Titanium, New York, 1980, pp. 1185–1196.
- Ilyin A.A., Kolachev B.A., Polkin I.S. Titanovye splavy. Sostav, structura, svoistva. Spravochnik [Titanium Alloys. Composition, Structure, Properties. Reference Book]. Moscow, VILS–MATI Publ., 2009, 520 p. (In Russian).
- Gadeev D.V., Illarionov A.G., Popov A.A., Ryzhkov M.A., Kolosova E.V., Popova M.A., Altman P.S., Bondaryuk N.N. Application of the thermal analysis method to the determination of the complete polymorphic transformation temperature for a two-phase titanium alloy. Titan, 2010, vol. 1, pp. 24–30. (In Russian).
А. Г. Илларионов, А. А. Попов, С. М. Илларионова, Д. В. Гадеев, О. А. Елкина
ВЛИЯНИЕ МИКРОДОБАВОК ХРОМА, ГАФНИЯ И ИТТРИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ18У
В работе исследовано влияние микролегирования редкоземельными элементами - гафнием и иттрием совместно с хромом на формирование фазового состава, структуры и механических свойств жаропрочного псевдо-α-титанового сплава ВТ18У. Показано, что дополнительное легирование исследуемого сплава обеспечивает снижение температуры α+β→β-перехода (Тпп). Выявлено, что более высокое содержание β-стабилизаторов по сравнению с промышленным сплавом в исходном состоянии после отжига в двухфазной α+β-области (750 ºС) обеспечивает получение большего количества β-фазы в структуре и снижение модуля упругости с 115 ГПа до 104 ГПа. Обнаружено, что после β-отжига при 1050 ºС в течение 1 часа минимальный размер β-зерна фиксируется в сплаве с хромом и иттрием, то есть микролегирование сплава ВТ18У иттрием и хромом способствует замедлению роста зерна при высокотемпературных выдержках. В свою очередь, дополнительное легирование сплава хромом и гафнием модифицирующего эффекта практически не дает из-за отсутствия в этой паре сильных горофильных элементов.
Благодарность: Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 15-08-08299 А. Ключевые слова: микролегирование, титановые сплавы, редкоземельные элементы, РЗМ, иттрий Библиография:
- Хорев А. И. Теория и практика микролегирования псевдо-α- и α+β-титановых сплавов РЗМ, цирконием, гафнием и рением // Технология машиностроения. – 2015. – № 1. – P. 5–10.
- Nochovnaya N. A., Khorev A. I., Yakovlev A. L. Perspectives of Alloying Titanium Alloys with Rare Earth Elements // Metal Science and Heat Treatment. – 2013. – Vol. 55, iss. 7–8. – P. 415–418. – DOI: 10.1007/s11041-013-9646-0.
- Characteristics of microstructures and second-phase particles in Y-bearing Ti-1100 alloy / W. F. Cui, C. M. Liu, L. Zhou, G. Z. Luo / Materials Science and Engineering A. – 2002. – Vol. 323, iss. 1–2. – P. 192–197. – DOI: 10.1016/S0921-5093(01)01362-4.
- Influence of rare earth element Y on the thermal stabilities of Ti-600 alloy / L. Zeng, Q. Hong, Y. Zhao, Y. Qi // Rare Metal Materials and Engineering. – 2014. – Vol. 43, no. 10. – P. 2407–2410.
- Huang Z. W. Thermal stability of Ti–44Al–4Nb–4Hf–0.2Si–1B alloy // Intermetallics. – 2013. – Vol. 37. – P. 11–21. – DOI: 10.1016/j.intermet.2013.01.011.
- Кащук В. А. Влияние переходных металлов на свойства металлов и сплавов. – Томск : Томский университет, 1981. – 272 с.
- Терехова В. Ф., Савицкий Е. М. Иттрий. – Москва : Наука, 1967. – 270 с.
- Khorev A. I. Alloying titanium alloys with rare-earth metals // Russian Engineering Research. – 2011. – Vol. 31, iss. 11. – P. 1087–1094. – DOI: 10.3103/S1068798X11110104.
- Khorev A. I. Microalloying of titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment. – 1979. – Vol. 21, iss. 12. – P. 927–931. – DOI: 10.1007/BF00706629.
- Influence of erbium and yttrium addition on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys / B. B. Rath, B. A. McDonald, S. M. Sastry, R. Y. Lectench, G. E. O’Neal, C. R. Whitesett // 4th Int. Conf. on Titanium “Titanium 80”, New York, 1980 : proceedings. – New York, 1980. – P. 1185–1196.
- Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : cправочник. – Москва : ВИЛС–МАТИ, 2009. – 520 с.
- Использование метода термического анализа для определения температуры полного полиморфного превращения двухфазного титанового сплава / Д. В. Гадеев, А. Г. Илларионов, А. А. Попов, М. А. Рыжков, Е. В. Колосова, М. А. Попова, П. С. Альтман, Н. Н. Бондарюк // Титан. – 2010. – Vol. 1. – P. 24–30.
   
Библиографическая ссылка на статью
The Effect of Microalloying with Chromium, Hafnium and Yttrium on the Structure and Mechanical Properties of the Vt18u High-Temperature Titanium Alloy / A. G. Illarionov, A. A. Popov, S. M. Illarionova, D. V. Gadeev, O. A. Elkina // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2017. - Iss. 3. - P. 15-22. - DOI: 10.17804/2410-9908.2017.3.015-022. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_134.html (accessed: 30.03.2025).
|
