Материаловедение и металлофизика легких сплавов = Material sciences and physics of metals of light-weight alloys

Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 

Уральский федеральный университет  
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

Ключевой Центр превосходства «Материаловедение перспективных 
металлсодержащих материалов и технологий их обработки» 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ  
И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ 

MATERIAL SCIENCES AND PHYSICS  
OF METALS OF LIGHT-WEIGHT ALLOYS

Сборник материалов и докладов 

IV Международная школа для молодежи 
 «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ  
И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ» 

(Екатеринбург, 18–20 июня 2019 г.) 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2019 

УДК 669.017(06) 
ББК 34.2я431 
          М34

Рецензенты:
кафедра физики ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» 
(завкафедрой, проф., д-р физ.-мат. наук И. Г. Коршунов);
проф., д-р физ.-мат. наук В. Г. Пушин, руководитель отдела электронной микроскопии ЦКП «Испытательный центр нанотехнологий и перспективных материалов», гл. науч. сотр. (Институт физики металлов УрО РАН) 

Председатель редколлегии — проф., д-р техн. наук А. А. Попов

Зампредседателя редколлегии — академик РАН В. М. Счастливцев

Ответственный за выпуск — аспирант А. О. Слукина

Редакционная коллегия:
проф., д-р техн. наук М. Л. Лобанов; проф., канд. техн. наук С. Л. Демаков; доц., канд. 
хим. наук Н. Г. Россина; доц., канд. техн. наук А. Г. Илларионов; доц., канд. техн. наук 
С. В. Беликов; доц., канд. техн. наук О. Ю. Корниенко; доц., канд. техн. наук М. С. Карабаналов; доц., канд. техн. наук С. В. Гриб; доц., канд. техн. наук А. С. Юровских; 
доц., канд. техн. наук Ф. В. Водолазский; доц., канд. техн. наук С. И. Степанов; доц., 
доц., канд. техн. наук М. А. Жилякова; доц., канд. техн. наук Н. А. Попов; канд. техн. 
наук А. Ю. Жиляков; канд. техн. наук М. А. Зорина; аспирант К. И. Луговая; аспирант 
С. В. Данилов; аспирант Я. А. Кылосова; аспирант Н. А. Баранникова; аспирант Р. И. Петров; аспирант А. А Коренев; аспирант М. А Шабанов

М34
Материаловедение и металлофизика легких сплавов = Material sciences and physics 
of metals of light-weight alloys : сборник материалов и докладов IV Международной школы для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов» (Екатеринбург, 18–20 июня 2019 г.) ; Мин-во науки и высш. образования 
РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 232 с. : ил.
ISBN

Сборник содержит доклады о достижениях молодых ученых, аспирантов и студентов в области материаловедения легких сплавов и освещает актуальные проблемы развития, обработки, создания и исследования новых металлических и композиционных материалов и покрытий для авиакосмической, морской и других отраслей промышленности.
Сборник предназначен для научных работников в сфере матераловедения, аспирантов и студентов, интересующихся данной тематикой.
УДК 669.017(06) 
ББК 34.2я431 

При финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных 
исследований (грант № 16-38-10352) и Программы повышения  
конкурентноспособности УрФУ (№ закупки 5.1.1.133.с3.з1–16) 

Ответственность за содержание и оформление публикуемых материалов несут авторы докладов.

ISBN 
© Уральский федеральный  
     университет, 2019

Reviewers:
department of physics, Ural State Mining University (head of the department– professor, doctor of physical and mathematical sciences G. I. Korshunov);
professor, doctor of physical and mathematical sciences V. G. Pushin, Head of the laboratory of metallurgical science of non-Ferrous (Institute of Metal Physics UB RAS)

Publication editor — prof., doctor of tech. science А. А. Popov

Deputy publication editor — academic RAS V. M. Schastlivtsev

Responsible for release — post-graduate student А. О. Slukina

Editorial staff:
prof., doctor of tech. science M. L. Lobanov; prof., doctor of tech. science S. L. Demakov; associate professor, PhD in Chemical Science N. G. Rossina; associate professor, 
PhD in Technical Sciences A. G. Illarionov; associate professor, PhD in Technical Sciences 
S. V. Belikov; associate professor, PhD in Technical Sciences O. Yu. Kornienko; associate professor, PhD in Technical Sciences M. S. Karabanalov; associate professor, PhD in Technical 
Sciences S. V. Grib; associate professor, PhD in Technical Sciences A. S. Yurovskikh; associate 
professor, PhD in Technical Sciences F. V. Vodolazsky; associate professor, associate professor, PhD in Technical Sciences S. I. Stepanov; associate professor, PhD in Technical Sciences 
M. A. Zhilyakova; associate professor, PhD in Technical Sciences N. А. Popov; associate 
professor, PhD in Technical Sciences A. Yu. Zhilyakov; associate professor, PhD in Technical Sciences M. A. Zorina; post-graduate student K. I. Lugovaya; post-graduate student 
S. V. Danilov; post-graduate student Ya. A. Kylosova; post-graduate student N. A. Barannikova; 
post-graduate student R. I. Petrov; post-graduate student A. A Korenev; post-graduate student 
M. A Shabanov

М34
Material sciences and physics of metals of light-weight alloys : сonference proceedings 
of IV International school for youth scientists «MATERIAL SCIENCES AND 
PHYSICS OF METALS OF LIGHT-WEIGHT ALLOYS» (Yekaterinburg, 18–
20 June 2019). — Yekaterinburg: Ural University, 2019. — 232 p.
ISBN

Conference proceedings contains papers about the achievements of young scientists, graduate 
students and students in the field of materials science of light alloys. The papers highlight current issues 
of development, processing, creation and research of new metal and composite materials and coatings 
for aerospace, marine and other industries.
Conference proceedings are addressed to material science researchers, graduate students and 
students interested in this subject.

Authors of reports are responsible for the content and design of published materials.

ISBN
© Ural Federal University, 2019

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

СЕКЦИЯ 1. СВОЙСТВА  
ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ  
ПОСЛЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО 
И ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Секция 1. Свойства легких металлов и сплавов после деформационного и термического воздействия  

УДК 669.295:661.882 

В. П. Кузнецов 1, Ф. В. Водолазский 1*, С. М. Илларионова 1,  
Н. А. Баранникова 1, Я. И. Космацкий 2, А. А. Колотыгин 1, 

 Л. Н. Кириллова 1, Д. Ф. Шараева 1

1Уральский федеральный университет  
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург 

 2 Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности, 
г. Челябинск 

*f. v.vodolazskiy@urfu.ru

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ В СЕЧЕНИИ ГИЛЬЗЫ  
ИЗ СПЛАВА ПТ-7М ПОСЛЕ ЭКСПАНДИРОВАНИЯ 

Методами структурного анализа, микроиндентирования изучено изменение структуры, микротвердости и контактного модуля упругости в продольном, поперечном сечении трубной заготовки (гильзы) из сплава ПТ-7М 
(Ti-2.2Al-2.5Zr, мас. %) после экспандирования. Показано, что экспандирование способствует измельчению макро- и микрозерна у внутренней поверхности и в центральной части гильзы за счет инициирования процессов 
рекристаллизации. Установлена взаимосвязь между изменением структурного состояния в разных областях изученных сечений гильзы с формируемым в них уровнем микротвердости и контактного модуля упругости.
Ключевые слова: титановый сплав ПТ-7М, экспандирование, макроструктура, микроструктура, текстура, микротвердость, модуль упругости.

V. P. Kuznetsov, F. V. Vodolazskiy, S. M. Illarionova, N. A. Barannikova, 
Ya. I. Kosmatskiy, A. A. Kolotygin, L. N. Kirillova, D. F. Sharaeva

CHANGE OF STRUCTURE AND PROPERTIES THROUGH SECTION  
OF SHELL-BILLET FROM PT-7M ALLOY AFTER EXPANDING 

In this paper the macro-, microstructure, the hardness and the Young modulus 
for the shell-billet of the PT-7M (Ti-2.2Al-2.5Zr, wt. %) alloy after expanding was 
studied. It was shown the expanding resulted to grain refinement near inner surface 

© Кузнецов В. П., Водолазский Ф. В., Илларионова С. М., Баранникова Н. А., Космац- 
кий Я. И., Колотыгин А. А., Кириллова Л. Н., Шараева Д. Ф., 2019

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

of the billet due to the recrystallization. The relationship between the structure 
through sections, the hardness and the young modulus of elasticity was established.
Keywords: titanium alloy PT-7M, expanding, macrostructure, microstructure, 
texture, hardness, young modulus.
С
плав ПТ-7М (Ti-2.2Al-2.5Zr (мас. %)) относится к деформируемым α-сплавам [1] и используется преимущественно для изготовления труб для трубопроводов, работающих при комнатной и повышенных (до 400–450 °C) температурах в агрессивных средах [2–4]. При 
производстве бесшовных труб, перед горячим прессованием, применяется операция экспандирования, которая заключается в расширении 
центрального отверстия в предварительно сверленой трубной заготовке с помощью наконечника иглы специальной формы на прошивных 
прессах [5]. В ходе экспандирования происходит горячая пластическая деформация, которая может привести к трансформации структуры и свойств по сечению исходной сверленой заготовки. В работе [6] 
нами показано, что в горячекованой трубной заготовке из титанового 
a-сплава ПТ-7М возможно формирование не полностью проработанной по сечению макро-, микроструктуры, приводящее к характерному 
изменению твердости. В данной работе показано влияние операции 
экспандирования на структуру и свойства исследованной в работе [6] 
трубной заготовки из сплава ПТ-7М.
Материалом исследования служил темплет, отрезанный от трубной 
заготовки из сплава ПТ-7М [6], подвергнутой сверлению и экспандированию наконечником Ø 86 мм при температуре 850 °C на АО «Волжский трубный завод». В работе использовали следующие виды анализа: макроструктурный — визуально с использованием метода шкал 
[7], микроструктурный — c помощью микроскопа OLYMPUS GX51, 
рентгеноструктурный фазовый (РСФА) — на дифрактометре Bruker 
D8 Advance в медном Кα-излучении, микроиндентирование с определением микротвердости по Виккерсу и контактного модуля упругости 
с помощью прибора MHTX CSM Instruments по методике В. С. Оливера и Г. М. Фарра [8] при нагрузке 9 Н.
Макроструктура и микроструктура гильзы после экспандирования 
при температуре 850 ◦С сплава ПТ-7М имеет более однородную структуру по сечению по сравнению с исходной заготовкой, рис. 1, 2. Структура внешних слоев не претерпела значительных изменений и имеет 
1…2-й балл согласно шкале макроструктур [7]. Структура централь

Секция 1. Свойства легких металлов и сплавов после деформационного и термического воздействия  

ных и внутренних слоев гильзы измельчилась в ходе экспандирования 
за счет деформации и последующей рекристаллизации. Центральные 
слои характеризуются 4…5-м баллом согласно шкале макроструктур 
по сравнению с 7…8-м баллом у заготовки до экспандирования, внутренные слои — 1…2-м баллом по сравнению с 7…8-м баллом. Границы зерен, как в продольном направлении, имеют зубчатость, которая 
характерна для протекания процессов динамической рекристаллизации в ходе деформации, в данном случае при экспандировании, рис. 2.



Рис. 1. Макроструктура темплета после экспандирования 
в продольном сечении (без увеличения) 
 


 
 
 

Рис. 2. Микроструктура гильзы из сплава ПТ-1 М в продольном сечении:
 а — внутренняя поверхность; б — центр; в — внешняя поверхность 

На дифрактограммах, снятых в продольном и поперечном сечении, 
присутствуют только линии α-фазы, имеющей периоды a = 0.294 69 
(± 0.000 03) нм, с = 0.468 84 (± 0.000 13) нм и параметр с/а = 1.5911, 
рис. 3. Сравнительный анализ интенсивностей линий на дифрактограммах, снятых с разных сечений гильзы (продольного и поперечного), 
показал, что после экспандирования наблюдается текстура тангенциальной призмы {0001}TH<10–10> ОН + {0001}TH <11–20> ОН, которая является типичной текстурой для дефомированных α-титановых 
сплавов [9]. Наличие такого рода текстуры приводит к анизотропии модуля упругости, в танценциальном направлении EТН = 105 (± 2) ГПа, 
в осевом направлении EОН = 110 (± 2) ГПа. Более высокие значения 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

модуля упругости в продольном сечении определяются большим количеством в этом сечении зерен с ориентировкой 0002, то есть вдоль 
периода «с» в ГПУ-решетке a-фазы, которое характеризуется максимальным значением модуля упругости [10].

Рис. 3. Дифрактограммы, снятые с образцов, вырезанных вблизи внешней 
поверхности, центра, внутренней поверхности гильзы 

Для микротвердости, как и для модуля упругости, характерно, что 
усредненное значение микротвердости по сечению в продольном направлении 255 HV выше, чем по сечению в поперечном направлении 
(230 HV).

Исследование выполнено за счет гранта  
Российского научного фонда (проект № 18-79-10107)

Литература 
1. Титановые сплавы для морской техники / И. В. Горынин [и др.]. СПб. :  
Политехника, 2007. 387 с.
2. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, 
структура, свойства : справочник. М. : ВИЛС-МАТИ, 2009. 520 с.
3. Моисеев В. Г. Титан в России // МиТОМ. 2005. № 8. С. 23–29.
4. Ушков С. С., Кудрявцев А. С., Карасев Э. А. Титановые сплавы в судостроении и морских сооружениях // Титан. 2002. № 1. С. 44–49.

Секция 1. Свойства легких металлов и сплавов после деформационного и термического воздействия  

5. Баричко Б. В., Космацкий Я. И., Панова К. Ю. Технология процессов прессования : учебное пособие. Челябинск : Издательский центр 
ЮУрГУ, 2011. 70 с.
6. Взаимосвязь структуры и свойств по сечению крупногабаритной заготовки из титанового сплава ПТ-7 М / Ф. В. Водолазский, С. М. Илларионова, Н. А. Баранникова, Е. А. Горностаева, Я. И. Космацкий, 
А. Г. Илларионов // XIX Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов — молодых ученых : сборник трудов. Екатеринбург : УрФУ, 2018. С. 210–219.
7. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / под ред. Глазунова С. Г., Колачева Б. А. М. : Металлургия, 1980. 464 с.
8. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness 
and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // Journal Materials Research. 1992. Vol. 7. № 6. P. 1564–1583.
9. Структура и свойства горячепрессованной трубы из сплава Ti–3Al–
2,5V / И. Ю. Пышминцев, Я. И. Космацкий, Е. А. Филяева, А. Г. Илларионов, Ф. В. Водолазский, Н. А. Баранникова//Металлург. 2018. 
№ 4. С. 70–75.
10. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М. : Металлургия, 1979. 512 с.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛОФИЗИКА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

УДК 669.295.018.4-17 

Н. С. Менлышева *, Д. С. Белинин, А. Н. Юрченко

Пермский национально исследовательский политехнический университет, 
г. Пермь 

*nadezhda.menlysheva@yandex.ru

МИКРОСТРУКТУРА ТИТАНОВОГО СПЛАВА  
ПОСЛЕ МНОГОСЛОЙНОЙ НАПЛАВКИ 

Проанализирована структура, микротвердость и микродефекты зоны 
сплавления, зоны термического влияния и зоны литого состояния титанового сплава ВТ-20 после многослойной наплавки.
Ключевые слова: титановый сплав, структура, многослойная наплавка, зерно, аддитивные технологии.

N. S. Menlysheva, D. S. Belinin, A. N. Iurchenko

MICROSTRUCTURE OF A TITANIUM ALLOY AFTER  
A MULTILAYER SURFACING 

The structure of the microhardness and microdefects of the fusion zone, the heataffected zone, and the cast-state zone of the VT-20 titanium alloy after multilayer 
surfacing is analyzed.
Keywords: titanium alloy, structure, multilayered surfacing, grain, additive 
technologies.
Т
итановые сплавы являются одними из важных термостойких материалов, использующихся в различных отраслях машиностроения. Сварка данных материалов является неотъемлемым процессом 
при производстве деталей и механизмов [1]. Важным критерием годности деталей является структура, которую необходимо контролировать 
после термического воздействия. Особенно актуально исследование 
структуры в процессе применения аддитивных технологий, которые 
в настоящее время развиваются большими темпами.
Исследуемым материалом был выбран титановый сплав ВТ-20. 
Из сплава ВТ-20 была изготовлена подложка и проводилась много
© Менлышева Н.С., Белинин Д.С., Юрченко А.Н., 2019