АО «Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии» (ОАО «ВНИИХТ»), Москва, Россия:

М. Л. Коцарь, начальник лаборатории, e-mail: kotsar@vniiht.ru
В. Н. Капленков, ведущий научный сотрудник
З. М. Алекберов, ведущий инженер

Выполнен анализ возможных причин растрескивания изделий из титановых сплавов теплообменного оборудования ядерных энергетических установок вследствие гидрирования. Одним из важных факторов, определяющих низкую водородостойкость сплавов, является недостаточная чистота их основы — титановой губки (O, N, C, Fe), а также использование для легирования стабилизаторов -фазы титана (Si, V, Cr, Mn, Fe, Mo). Низкая стабильность свойств сплавов с памятью формы на основе никелида титана также связана с недостаточной чистотой базовых компонентов (O, N, C, Fe и др.). В качестве альтернативы титановой губке предложено использовать йодидный титан марки ТИ-1, полученный из отходов и оборотов производства титанового проката. В ОАО «ВНИИХТ» создана и эксплуатируется экспериментальная база для получения сплавов на основе высокочистого титана для атомной энергетики, авиационно-космической и медицинской техники, исследования их состава, структуры и свойств. Эта база включает: комплекс печного оборудования для выплавки сплавов на основе титана; материаловедческий комплекс. Методами аргонодуговой и индукционной плавки шихт на основе высокочистого (йодидного) титана получены базовые (3М, ВТ5-1, ПТ3В и ВТ6) и новые α-сплавы с Al, Zr и Sn для теплообменного оборудования ядерных энергетических установок, а также сплав с памятью формы TiNi (ТН1, никелид титана, нитинол). Исследованы их химический состав и твердость (HB, HV). Образцы сплавов в ИМЕТ РАН подвергнуты горячей и холодной деформации до ленты и после травления и отжигов подготовлены к передаче в специализированные материаловедческие организации для исследования микроструктуры и определения физико-механических и коррозионных свойств.

Авторы благодарят А. О. Лапидуса, В. С. Юсупова, Ф. Р. Карелина и Р. Д. Карелина за участие в экспериментальных исследованиях выплавки и деформационной обработки сплавов на основе ВЧ титана.

1. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И. С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства : справочник. — М. : ВИЛС-МАТИ, 2009. — 520 с.
2. ГОСТ 19807–91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. — Введ. 1992–07–01. — М. : Изд-во
стандартов, 1991.
3. ASTMF 2063–05. Standard specification for wrought nickeltitanium shape memory alloys for medical devices and surgical implants.
4. Коцарь М. Л., Антипов В. В., Ахтонов С. Г., Варкентин Я. Я., Зиганшин А. Г., Индык С. И., Казанцев В. Н., Котрехов В. А., Лазаренко В. В., Лосицкий А. Ф., Моренко О. Г., Штуца М. Г. Титан высокой чистоты. Перспективы применения и получения // Титан. 2009. № 3 (25). С. 34–38.
5. Коцарь М. Л., Лавриков С. А., Никонов В. И., Александров Ал. Вл., Ахтонов С. Г., Александров Ан. Вал. Высокочистые титан, цирконий и гафний в ядерной энергетике // Атомная энергия. 2011. Т. 111. Вып. 2. С. 72–77.
6. Ветров В. М., Грицкевич Г. Е., Панина М. Е., Михайлов В. И., Семенов В. А. Опыт эксплуатации титановых сплавов в конструкциях транспортных энергетических установок // Отраслевая конференция «Титан в атомной промышленности», ОАО МСЗ, Колонтаево, 29–30 октября 2008 г.
7. Коцарь М. Л., Лавриков С. А., Никонов В. И., Александров А. В., Ахтонов С. Г., Чинейкин С. В. Повышение чистоты основы титановых сплавов для ядерной энергетики — залог продления срока службы изделий из них за счет снижения гидрирования // Титан. 2011. № 2 (32). С. 29–36.
8. Cчастливая И. А., Ушков С. С., Карасев Э. А., Левин И. В. Проблемы создания нормативно-технической базы титановых сплавов для оборудования, трубопроводов и корпусных конструкций атомных энергоблоков нового поколения // Титан. 2009. № 1 (23). С. 50–53.
9. Орыщенко А. С., Леонов В. П., Счастливая И. А., Иголкина Т. Н. Титановые сплавы в атомной энергетике // Титан. 2014. № 3 (45). С. 20–30.
10. Коцарь М. Л., Никонов В. И., Анищук Д. С., Ахтонов С. Г., Заводчиков С. Ю., Зиганшин А. Г., Смирнов В. Г., Штуца М. Г. Йодидный титан — перспективный материал для получения сплавов с памятью формы и водородостойких сплавов теплообменного оборудования ЯЭУ // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 2012. № 5 (81). С. 93–97.
11. Kopova I., Strasky J., Harcuba P., Landa M., Janecek M., Bacakova L. Newly developed Ti – Nb – Zr – Ta – Si – Fe biomedical beta titanium alloys with increased strength and enhanced biocompability // Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 60. P. 230–238.
12. ТУ 48-4-282–86. Титан йодидный. Технические условия. — М., 1986.
13. Ролстен Р. Ф. Йодидные металлы и йодиды металлов : пер. с англ. / под ред. А. И. Беляева, В. Н. Вигдоровича. — М. : Металлургия, 1967. — 524 с.
14. Елютин А. В., Денисова Н. Д., Баскова А. П., Быстрова О. П. Поведение примесей при получении высокочистого титана методом йодидного рафинирования // Научные труды Гиредмета. 1981. Т. 106. С. 3–9.
15. Коцарь М. Л., Моренко О. Г., Штуца М. Г., Ахтонов С. Г., Александров А. В., Зиганшин А. Г., Индык С. И., Кучерявенко Е. Н., Лазаренко В. В., Лапидус А. О., Погадаев В. А., Попов А. М. Получение высокочистых титана, циркония и гафния методом йодидного рафинирования в промышленных условиях // Неорганические материалы. 2010. Т. 46, № 3. С. 332–340.

16. Александров А. В., Афонин Е. А., Делло С. А., Коллеров М. Ю., Константинов В. В., Кузнецов С. Ю., Полькин И. С. Основы плавки титана и сплавов на его основе в установке с холодным тиглем // Титан. 2010. № 2 (28). С. 41–46.
17. Коллеров М. Ю., Гусев Д. Е., Шаронов А. А., Овчинников А. В., Александров А. В. Формирование структуры сплава ТН1 при деформации и термической обработке // Титан. 2010. № 3 (29). С. 4–10.
18. Коллеров М. Ю., Александров А. В., Кузнецов С. Ю., Делло С. А., Константинов В. В., Овчинников А. В., Орешко Е. И., Лобастов В. А. Влияние метода и технологии плавки на структуру и свойства слитков сплавов на основе никелида титана // Титан. 2011. № 2 (32). С. 22–28.
19. Коллеров М. Ю., Спектор В. С., Гусев Д. Е., Мамаев В. С. Влияние состава и структуры на характеристики упругости и сверхупругости сплавов на основе титана // Титан. 2010. № 4 (30). С. 13–17.
20. Коллеров М. Ю., Скворцова С. В., Шаронов А. А., Шаронов И. А. Проявление эффекта запоминания формы в промышленных конструкционных сплавах титана // Титан. 2010. № 1 (27). С. 31–38.
21. Ильин А. А., Вишневский А. А., Коллеров М. Ю., Гусев Д. Е., Печетов А. А. Материаловедческие и биомеханические преимущества применения фиксаторов с саморегулирующейся компрессией из нитинола для остеосинтеза грудины // Титан. 2009. № 4 (26). С. 46–53.
22. Гусев Д. Е., Коллеров М. Ю., Чернышова А. А., Чистилин С. А. Оценка биомеханической совместимости опорных пластин для накостного остеосинтеза на основе титана и никелида титана // Титан. 2011. № 2 (32). С. 48–52.
23. Гусев Д. Е., Коллеров М. Ю., Орешко Е. И., Рудаков С. С., Королев П. А. Оценка биомеханической совместимости имплантируемых опорных пластин из сплавов на основе титана и никелида титана методом компьютерного моделирования // Титан. 2011. № 3 (33). С. 39–44.
24. Попов Н. Н., Корчуганов И. А., Ларькин В. Ф., Пресняков Д. В. Исследование эффекта памяти формы в промышленном титановом сплаве ВТ16 в целях использования его в устройствах безопасности атомной энергетики // Между народная конференция «Сплавы с эффектом памяти формы: свойства, технологии, перспективы», 26–30 мая 2014, Витебск, Беларусь. УО ВГТУ — Витебск, 2014. С. 81–83.
25. Ma J., Karaman I., Noebe R. D. High temperature shape memory alloys // International Materials Reviews. 2010. Vol. 55, No. 5. P. 257–315.
26. Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч. I. Структура, фазовые превращения и свойства / под ред. В. Г. Пушина. — Екатеринбург : УрО РАН, 2006. С. 96–112.
27. Golberg D., Xu Y., Murakami Y., Otsuka K., Ueki T., Horikawa H. High-temperature shape memory effect in Ti₅₀Pd_50–xNi_x (x = 10, 15, 20) alloys // Materials Letters. 1995. Vol. 22. P. 241–246.
28. Kumar P., Lagoudas D. C. Experimental and microstructural characterization of simultaneous creep, plasticity and phase transformation in Ti₅₀Pd₄₀Ni₁₀ high-temperature shape memory alloy // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. P. 1618–1628.
29. Левинский Ю. В. Диаграммы состояния металлов с газами. — М. : Металлургия, 1975. — 296 с.
30. Коган Я. Д., Колачев Б. А., Левинский Ю. В., Назимов О. П., Фишгойт А. В. Константы взаимодействия металлов с газами. — М. : Металлургия, 1987. — 367 с.
31. Минакова А. В., Минаков В. Н., Минаков Н. В. К вопросу о влиянии водорода в слитках титана технической чистоты на пластичность // Тез. докл. на Международной конференции «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов», Кацивели. 2–8 сентября 1997 г. С. 87.
32. Эллиот Р. П. Структуры двойных сплавов. — М. : Металлургия, 1970. Т. 1. — 456 с.
33. Шаповалова Е. М., Бабенко Е. П. Гидридообразование в титановых порошках разного способа производства // Материалы IX Международной конференции «Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов», Севастополь. 5–11 сентября 2005, Киев, 2005. С. 238, 239.
34. Лашкарев Г. В., Бродовой А. В., Солонин С. М., Колесниченко В. Г. Влияние гидрирования на магнитные
свойства интерметаллида TiFe // Тез. докл. на Международной конференции «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов», Кацивели, 2–8 сентября 1995. С. 25.
35. Соломина Т. А., Рахметов Е. Б., Ибрашева Р. Х., Жубанов К. А. Катализ на гидридах интерметаллидов в воде // Тез. докл. на Международной конференции «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов», Кацивели, 2–8 сентября 1995. С. 107.
36. Безуглая Т. Н., Митрохин С. В., Вербецкий В. Н. Взаимодействие водорода со сплавами систем Ti(Zr) – Mn – V // Материалы VII Международной конференции «Водородное материаловедение и химия гидридов металлов», Алушта. 16–22 сентября 2001 г. С. 243.
37. Neelakantan L., Monchev B., Frotscher M., Eggeler G. The influence of secondary phase carbide particles on the passivity behaviour of NiTi shape memory alloys // Materials and Corrosion. 2012. Vol. 63. P. 979–984.
38. Rahim M., Frenzel J., Frotscher M., Pfetzing-Micklich J., Steegmüller R., Wohlschlögel M., Mughrabi H., Eggeler G. Impurity levels and fatigue lives of pseudoelastic NiTi shape memory alloys // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. P. 3667–3686.
39. Toro A., Zhou F., Wu M. H., Van Geertruyden W., Misiolek W. Z. Characterization of nonmetallic inclusions in superelastic NiTi tubes // Journal of Materials Engineering and Performance. 2009. Vol. 18. P. 448–458.
40. Meisner L. L., Rotshtein V. P., Markov A. B., Meisner S. N., Yakovlev E. V., D’yachenko F. Effect of nonmetallic and intermetallic inclusions on crater formation on the surface of TiNi alloys under the electron-beam impact // Procedia structural integrity. 2016. Vol. 2. Р. 1465–1472.
41. ГОСТ 849–70. Никель первичный. Технические условия. — Введ. 1970–07–01.
42. ТУ 95.46–97. Цирконий йодидный. Технические условия. — Введ. 1998–03–01.
43. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Т 2 : справочник ; пер. с англ. — М. : Металлургиздат, 1962. — 609 с.