Исследование структурных и технологических свойств сплава тройного переплава Ti-10V-2Fe-3Al

A.T.  Мамутова; T.А.  Чепуштанова; Б.  Мишра

doi:10.51301/ejsu.2026.i1.02

Авторы

A.T. Мамутова АО Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат, Казахстан
T.А. Чепуштанова Satbayev University, Казахстан
Б. Мишра Вустерский политехнический институт, США

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2026.i1.02

Ключевые слова:

титановый сплав; вакуумно-дуговой переплав; SEM–EDS анализ; тройной переплав; α/β-микроструктура, мор-фология

Аннотация

В статье представлены результаты получения сплава тройного переплава состава Ti-10V-2Fe-3Al, представлены результаты SEM–EDS анализа данного сплава, определена структура сплава Ti-10-2-3 по высоте промышленного электрода. Впервые получены результаты прямого сопоставления морфологии α/β-фаз и локального химического состава в трёх характерных зонах электрода весом 4.5 т – «верх», «середина 1», «середина 2», «низ» на основе комплексного анализа SEM–EDS. Установлено, что по основным легирующим элементам (Ti, Al, V) слиток полностью химически выровнен по высоте, и ВДП-режим обеспечивает приемлемый уровень макросегрегации. Установлено, что концентрации Ti, Al, V (главные легирующие элементы в Ti-10V-2Fe-3Al) не меняются существенно между пробами. Определено, что SEM–EDS результаты проб показывают на разброс концентраций элементов ≤1–1.5%, что считается показателем качества проведенной ВДП плавки, процент разброса означает, что различия концентраций элементов минимальны: изменения Al – в пределах ±0.5-1.0%, изменения V – в пределах ±0.5-1.0%, Ti занимает стабильную долю ~83–86%. Результатами морфологических исследований установлено, что структура α/β сформирована равномерно, без выраженной колонной сегрегации. Результаты прямого сопоставления морфологии α/β-фаз позволили разработать методику контроля качества электродов по SEM–EDS-профилям.

Библиографические ссылки

Banerjee, D., & Williams, J.C. (2013). Perspectives on titani-um science and technology. Acta Materialia, 61(3), 844-879. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.10.043

Lutjering, G., & Williams, J.C. (2007). Titanium. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73036-1

Peters, M., Kumpfert, J., Ward, C.H. & Leyens, C. (2003). Titanium alloys for aerospace applications. Advanced Engi-neering Materials, 5(6), 419-427. https://doi.org/10.1002/adem.200310095

Ballor, J., Li, T., Prima, F., Boehlert, C.J., & Devaraj, A. (2023). A review of the metastable omega phase in beta tita-nium alloys: the phase transformation mechanisms and its effect on mechanical properties. International Materials Re-views, 68(1), 26-45. https://doi.org/10.1080/09506608.2022.2036401

Yang, Z., Kou, H., Li, J., Hu, R., Chang, H., & Zhou, L. (2011). Macrosegregation behavior of Ti-10V-2Fe-3Al alloy during vacuum consumable arc remelting process. Journal of Materials Engineering and Performance, 20(1), 65-70. https://doi.org/10.1007/s11665-010-9645-x

Tahara, M., Hasunuma, K., & Hosoda, H. (2021). Micro-structure of α+ β dual phase formed from isothermal α ″phase via novel decomposition pathway in metastable β-Ti alloy. Journal of Alloys and Compounds, 868, 159237. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159237

Zhou, Z., Xiang, Z., Wang, B., Li, J., Chen, J., & Chen, Z. (2025). Influence of heat treatment on the mechanical prop-erties, microstructure, and strengthening mechanisms of a novel metastable β titanium alloy. Journal of Alloys and Compounds, 1022, 178726. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.178726

Boyer, R.R. (1996) An Overview on the Use of Titanium in the Aerospace Industry. Materials Science and Engineering: A, 213, 103-114. https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10233-1

Taylor, C.M., Abrego Hernandez, S.G., Marshall, M. & Bro-derick, M. (2018). Cutting fluid application for titanium al-loys Ti-6Al-4V and Ti-10V-2Fe-3Al in a finish turning pro-cess. Procedia CIRP, 77, 441-444. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.279

Wang, X., Li, F., Xu, T., Ma, X., Hou, B., Luo, L., & Liu, B. (2021). Microstructure and microhardness evolution of Ti-10V-2Fe-3Al alloy under tensile/torsional deformation modes. Journal of Alloys and Compounds, 881, 160484. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160484

Ellyson, B., Saville, A., Fezzaa, K., Sun, T., Parab, N., Finfrock, C., Rietema, C. J., Smith, D., Copley, J., Johnson, C., Becker, C. G., Klemm-Toole, J., Kirk, C., Kedir, N., Gao, J., Chen, W., Clarke, K. D., & Clarke, A. J. (2023). High strain rate deformation of aged TRIP Ti-10V-2Fe-3Al (wt.%) examined by in-situ synchrotron X-ray diffraction. Acta Materialia, 245, 118621. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118621

Zhao, Q., Sun, Q., Xin, S., Chen, Y., Wu, C., Wang, H., Xu, J., Wan, M., Zeng, W., & Zhao, Y. (2022). High-strength ti-tanium alloys for aerospace engineering applications: A re-view on melting-forging process. Materials Science and En-gineering A, 845, 143260. https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143260

Zhu, E., Li, F., Zhao, Q., Yuan, Z., You, J., & Hashmi, A.F. (2025). Deformation behavior of metastable Ti-10V-2Fe-3Al alloy subjected to varying pre-strain levels: Mechanism and microstructural adaptations. Journal of Alloys and Com-pounds, 1029, 180798. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.180798

Qi, L., Zhang, K., Qiao, X., Huang, L., Huang, X. & Zhao, X. (2020). Microstructural evolution in the surface of Ti–10V–2Fe–3Al alloy by solution treatments. Progress in Nat-ural Science: Materials International, 30(1), 106-109. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2020.01.011

Qi, L., Qiao, X., Huang, L., Huang, X., Xiao, W. & Zhao, X. (2019). Effect of cold rolling deformation on the microstruc-ture and properties of Ti-10V-2Fe-3Al alloy. Materials Characterization, 155, 109789. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2019.109789

Qi, L., Qiao, X., Huang, L., Huang, X. & Zhao, X. (2019). Effect of structural stability on the stress induced martensitic transformation in Ti-10V-2Fe-3Al alloy. Materials Science and Engineering A, 756, 381–388. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.04.058

Danard, Y., Poulain, R., Garcia, M., Guillou, R., Thiaudière, D., Mantrid, S., Banerjee, R., Sun, F. & Prima, F. (2019). Mi-crostructure design and in-situ investigation of TRIP/TWIP effects in a forged dual-phase Ti–10V–2Fe–3Al alloy. Mate-rialia, 8, 100507. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2019.100507

Brozek, C., Sun, F., Vermaut, P., Millet, Y., Lenain, A., Embury, D., Jacques, P. J., & Prima, F. (2016). A β-titanium alloy with extra high strain-hardening rate: Design and me-chanical properties. Scripta Materialia, 114, 60-64. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.11.020