Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Легирование титана различными добавками позволяет получать сплавы со сравнительно невысокой плотностью, с разнообразным сочетанием характеристик, которые позволяют использовать их в широком диапазоне условий эксплуатации. Область использования титановых сплавов постоянно расширяется, а их номенклатура и объемы производства растут. Разнообразие возможных фаз, их сочетаний и морфологии, получаемое с помощью термических и термомеханических обработок, а также относительная дешевизна железа, делает сплавы Ti-Fe перспективными для применения в широком спектре областей, от элементов конструкций до биомедицинских изделий. Это связано с широким диапазоном механических характеристик этих сплавов, их высокой коррозионной стойкостью и хорошей биосовместимостью, благодаря сохранению при закалке метастабильной β-фазы. Механические свойства сплавов Ti-Fe можно существенно улучшить с помощью кручения под высоким давлением (КВД). КВД является одним из способов обработки металлов и сплавов с использованием интенсивной пластической деформации (ИПД). В сплавах Ti-Fe это улучшение связано с измельчением зерен всех фаз до субмикронного и нанометрового размера, высокой дефектностью кристаллической структуры сплавов и связанными с ней микронапряжениями, а также с образованием омега фазы, которая сохраняется в образцах после сброса давления. Количество омега фазы в сплавах Ti-Fe после КВД зависит от концентрации железа. Целью первого года проекта является исследование влияния предварительного отжига на фазовый состав, содержание железа в фазах, размер зерен фаз, а также на значения твердости и модуля Юнга, рассчитанных при наноиндентирование образцов сплавов Ti-0.5 вес.% Fe, Ti-2 вес.% Fe, Ti-6 вес.% Fe и Ti-9 вес.% Fe после КВД. Образцы сплавов Ti–Fe были отожжены в трех различных областях фазовой диаграммы Ti-Fe, а именно в (βTi), (αTi+βTi) и (αTi+TiFe), затем закалены в воду и подвергнуты обработке кручением под высоким давлением. Методом рентгенофазового анализа было определено, что после отжига во всех образцах основной фазой является α-фаза, в то время как после КВД-обработки основной фазой стала омега фаза. На полученных образцах с помощью наноиндентирования были определены величины значений твердости (H) и модуля Юнга (E) в центре, на середине радиуса и вблизи края каждого образца. Было обнаружено, что величины H и E образцов, отожженных при разных температурах, отличаются друг от друга и зависят от радиальной координаты области индентирования. Максимальные значения H получены на середине радиуса образцов. Величины E всех образцов демонстрируют снижение от центра к краю. В опубликованных статьях, за отчетный период, было показано, что основное влияние на фазовые превращения после КВД в сплавах титан-железо оказывает концентрация железа. Несмотря на то, что сплав Ti–6 вес.% Fe, подвергался отжигу при трех различных температурах и были получены три различных состояния микроструктуры и фазового состава, после высокотемпературной термической обработки фазовый состав остается довольно схожим, как и после КВД. Твердость и модуль Юнга также имеют близкие значения. Сплавы Ti–0,5 вес.% Fe и Ti–9 вес.% Fe демонстрируют рост значений твердости и модуля Юнга, с увеличением содержания железа в сплаве. Отдельно хотелось бы подчеркнуть высокую степень корреляции между модулем Юнга и долями бета и омега фаз: чем выше доля омега фазы в сплавах, тем выше значения E образцов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Исключительные свойства титана и его сплавов, легированные различными компонентами, позволяют получать сплавы со сравнительно невысокой плотностью, при этом с разнообразным сочетанием характеристик, которые позволяют использовать их в широком диапазоне условий эксплуатации. Область использования титановых сплавов постоянно расширяется от космической до медицинской промышленности, а их номенклатура и объемы производства растут. Разнообразие возможных фаз, их сочетаний и морфологии, получаемое с помощью термических и термомеханических обработок, а также относительная дешевизна железа и молибдена, делает сплавы Ti-Fe и Ti-Mo перспективными для применения в широком спектре областей, от элементов конструкций до биомедицинских изделий. Это связано с широким диапазоном механических характеристик этих сплавов, их высокой коррозионной стойкостью и хорошей биосовместимостью, благодаря сохранению при закалке метастабильной β-фазы. Механические свойства сплавов Ti-Fe и Ti-Mo можно существенно изменить с помощью кручения под высоким давлением (КВД). КВД является одним из способов обработки металлов и сплавов с использованием интенсивной пластической деформации (ИПД). В исследуемых сплавах это улучшение связано с измельчением зерен всех фаз до субмикронного и нанометрового размера, а также с образованием омега фазы (при малых концентрациях легирующего элемента), которая сохраняется в образцах после снятия давления. Целью проекта являлось исследование взаимосвязи предварительной термообработки и кручения под высоким давлением на микроструктуру, механические свойства и биосовместимость исследуемых сплавов. А также влияние доли легирующей компоненты железа и молибдена на фазовый состав сплавов после термообработки и КВД обработки. Образцы сплавов Ti–Fe были отожжены в трех различных областях фазовой диаграммы Ti-Fe, а именно в (β), (α+β) и (α+TiFe), затем подвергнуты обработке кручением под высоким давлением. Методом рентгенофазового анализа было определено, что после отжига во всех образцах основной фазой является альфа фаза, в то время как после КВД обработки основной фазой стала омега фаза. На полученных образцах методом наноиндентирования были определены средние значения твердости (H) и модуля Юнга (E) в центре, на середине радиуса и вблизи края каждого образца. Было обнаружено, что величины H и E образцов, отожженных при разных температурах, отличаются друг от друга и зависят от радиальной координаты области индентирования. Максимальные значения H были получены на середине радиусов образцов. Величины E всех образцов демонстрируют снижение от центра к краю. Основной идеей по сплавам Ti-Mo было показать влияние КВД обработки на биосовместимость материалов. Поэтому мы исследовали наши сплавы в трех состояниях: исходном, отожжённом и после КВД обработки. Более высокие значения цитотоксичности и клеточной адгезии были получены для отожжённого сплава Ti-15 вес.% Mo. Так же данный сплав представляет интерес, в связи с его ответной реакцией на метод обработки материала, есть возможность варьировать его фазовый состав, а соответственно, и механическими свойствами. Отдельно хотелось бы отметить, что значения микротвердости, нанотвердости и модуля Юнга не зависят от вида обработки для сплава Ti-10 вес.% Mo. В опубликованных статьях было показано, что основное влияние на фазовые превращения после КВД в сплавах титан-железо оказывает концентрация железа. Несмотря на то, что сплав Ti–6 вес.% Fe, подвергался отжигу при трех различных температурах и были получены три различных состояния микроструктуры и фазового состава, после высокотемпературной термической обработки фазовый состав остается довольно схожим, как и после КВД обработки. Для сплава Ti–2 вес.% Fe после КВД, предварительно отожжённого при трёх различных температурах, все образцы содержали альфа, бету и омегу-фазы близкого состава. При этом, в образцах наблюдались радиальные зависимости объемных долей фаз и средних размеров зерен фаз. Один из основных результатов, полученных для сплавов серии Ti-Mo, это то, что КВД обработка материала привела к ухудшению цитотоксичности и уменьшению клеточной адгезии.