Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1) Методом газовой атомизации получен порошок из сплава Ti-18Zr-15Nb (в ат. %). произведен анализ химического состава, геометрических и физических характеристик порошка из сплава Ti-Zr-Nb. Установлено, что полученная партия порошка пригодна для получения изделий методом селективного лазерного сплавления. 2) Произведено численное моделирование с учетом возможностей установки селективного лазерного плавления и полученного порошка, на основании которого произведен подбор параметров построения 14-ти образцов из сплава Ti-Zr-Nb. 14 экспериментальных образцов из сплава Ti-Zr-Nb получены методом селективного лазерного плавления. 3) На основании исследований установлены закономерности изменения шероховатости поверхности, плотности и пористости от режимов селективного лазерного плавления (мощность лазера, скорость и шаг сканирования). Показано, что для получения высокой плотности материала, превышающей 99,5 %, плотность энергии лазера должна находиться в диапазоне от 40 до 70 Дж•мм-3. Чем выше плотность энергии на верхней поверхности, тем ниже значения Ra, и, наоборот, чем выше плотность энергии на боковой поверхности, тем выше значения Ra. Это объясняется разным количеством частично связанных частиц на поверхности. 4) Установлены закономерности изменения структурно-фазового состояния Ti-Zr-Nb в ходе селективного лазерного плавления и последующей термической обработки по разным режимам. Морфология зеренностой структуры зависит от плотности энергии и скорости выращивания. Чем ниже плотность энергии лазера и чем выше скорость построения, тем мельче и более равномерна зеренная структура образцов и тем менее текстурирован материал. Размер зерна варьируется от 200 до 50 мкм, а коэффициент формы зерна - от 4 до 2. Образец №4, полученный с более высокой плотностью энергии и меньшей скоростью построения, состоит из вытянутых зерен со средним размером в вертикальном направлении около 98 мкм. Напротив, образец №7, напечатанный с более низкой плотностью энергии и более высокой скоростью построения, содержит менее вытянутые зерна со средним размером зерна около 66 мкм. Начало процесса рекристаллизации в образце №7 с более мелкой микроструктурой происходит при 700 °C, а в его активной фазе - при 800 °C, что на 100 °C ниже, чем в образце №4. Результаты измерения твердости хорошо коррелируют с результатами микроструктурного анализа.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Изготовлена серия экспериментальных образцов из сплава Ti-Zr-Nb по перспективным режимам селективного лазерного плавления и проведена их термической обработка для проведения механических и функциональных испытаний. Термическую обработку экспериментальных образцов проводили в печи с избыточным давлением аргона при температурах 400-900 °С в течении 30 минут с последующим охлаждением в воде. При температурах 500 и 550 °С время отжига варьировали от 15 до 120 мин. Эти температуры отжига были выбраны исходя из благоприятного влияния термической обработки при соответствующих температурах на формирование структуры и функциональных свойств, в т.ч. усталостных, как для термомеханически обработанного сплава, так и для полученного методом СЛП. Процесс термоциклирования проводился путём нагрева и выдержки образцов в кипящей воде при температуре около 100 °C, а затем охлаждении и выдержке в жидком азоте при температуре -196 °C. Комбинации термоциклирования до и после отжига были выбраны для изучения влияния термоциклирования на последующую термическую обработку сплава путём изменения степени начального количества дефектов в структуре. Проведено всестороннее исследование функциональных и механических свойств образцов из сплава Ti-Zr-Nb, полученных по перспективным режимам селективного лазерного плавления и термической обработки. Показано, что термоциклическая обработка после СЛП не оказывает значительного влияния на структуру, механические и функциональные свойства сплава Ti-Zr-Nb. Эффект от термического циклирования наблюдается только в случае применения этой обработки после отжига при 900℃, способствующего снятию внутренних напряжений и/или вызывающего рекристаллизацию. Такая обработка приводит к увеличению ширины рентгеновских линий β-фазы за счёт фазового наклёпа, повышению прочностных характеристик и снижению пластичности сплава (0,25→0,34° соответственно). Отжиг при температурах 500–550 °C (15–30мин) приводит к повышению пластичности, небольшому снижению (на 10–25 МПа) предела прочности и более существенному (на 75-135 МПа) - предела текучести. Такое уменьшение последнего параметра обусловлено протеканием мартенситного превращения под нагрузкой и проявлением эффекта пластичности, наведённой превращением, который обеспечивает наибольшее увеличение пластичности сплава после термической обработки при 500 и 550 °C при кратковременной выдержке (15 мин): δ≈15% и δ≈17% соответственно. После такой термической обработки существенно повышается величина максимальной сверхупругой обратимой деформации при комнатной температуре (с 0,2% после СЛП до 0,8% после отжига). Старение после отжига (550 °C, 30 мин) при температурах 250 и 300 °C (30 мин), проведённое с целью выделения частиц ω-фазы, приводит к повышению предела прочности до σв≈725 МПа, однако снижению пластичность и уменьшает сверхупругую обратимую деформацию. Причём старение при 250 °C способствует уменьшению относительного удлинения до разрушения (δ≈3,5% против δ≈5% при 300 °C). Функциональные испытания при отрицательных температурах выявили влияние термической обработки на особенности сверхупругого поведения сплава Ti-Zr-Nb после СЛП. При понижении температуры циклических испытаний сверхупругое поведение сплава после СЛП существенно не улучшается (обратимая сверхупругая деформация ɛrSEmax=0,3%). В то же время после отжига (550 °С, 30 мин), при отрицательных температурах испытания наблюдается значительное совершенствование сверхупругого поведения сплава. Обратимая сверхупругая деформация достигает высокой величины (ɛrSEmax=2,7%) даже в сравнении с термомеханически обработанным сплавом (ɛrSEmax=1,5-2,7%). Существенное изменение сверхупругого поведения связано со значительным понижением температуры Мs, вызванным изменением химического состава сплава в процессе распыления и СЛП – увеличением содержания циркония и ниобия. В этой связи получения сверхупругого состояния при комнатной температуре для СПФ Ti-Zr-Nb полученного методом СЛП, рекомендуется учитывать выгорание Ti. Отжиг при 550°C, показавший наилучший комплекс механических и функциональных свойств в различных испытаниях, как наиболее перспективный режим термической обработки. Проведены функциональные усталостные испытания образцов из сплава Ti-Zr-Nb, полученных по перспективным режимам селективного лазерного плавления и термической обработки. Результаты функциональных усталостных испытаний показали, что сплав после отжига при температуре 550 °С (30 мин) проявляет наилучшую функциональную усталостную долговечность (около 2200 циклов до разрушения). На основании полученных результатов разработаны следующие рекомендации по выбору режимов селективного лазерного плавления и термической обработки сплава Ti-Zr-Nb для повышения общего комплекса механических и функциональных свойств. 1) Для получения изделий из сплава Ti-Zr-Nb методом селективного лазерного плавления с требуемым химическим составом в сверхупругом состоянии при температуре эксплуатации рекомендуется учитывать выгорание Ti и корректировать состав шихтовых материалов на стадии получения слитка. 2) Для получения высокого комплекса механических и функциональных свойств, прежде всего высокой обратимой сверхупругой деформации, сплав Ti-Zr-Nb, изготовленный методом СЛП, рекомендуется подвергать отжигу при температуре 550°С в течение 30 минут с последующим охлаждением в воде. Отжиг необходимо проводить в инертной атмосфере.