Frontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & TechnologiesFrontier Materials & Technologies2782-40392782-6074Togliatti State University118610.18323/2782-4039-2026-1-75-8ArticlesСтатьиResearch ArticleInfluence of heat treatment modes on the structure and mechanical properties of wrought VTI-4 alloy based on orthorhombic titanium aluminideВлияние режимов термической обработки на структуру и механические свойства кованого сплава на основе орторомбического алюминида титана ВТИ-4https://orcid.org/0000-0001-5607-2765SokolovskyVitaly S.СоколовскийВиталий Сергеевич
Russian Federation

PhD (Engineering),researcher at the Laboratory of Bulk Nanostructured Materials (BNM).

кандидат технических наук,научный сотрудник, лаборатории Объемных наноструктурных материалов.

sokolovskiy@bsuedu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4084-8861NaumovStanislav V.НаумовСтанислав Валентинович
Russian Federation

senior researcher at the Laboratory of Bulk Nanostructured Materials (BNM),assistant professor of Chair of Materials Science and Nanotechnology (MSN).

кандидат технических наук,старший научный сотрудник лаборатории Объемных наноструктурных материалов.

NaumovStanislav@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8971-1268PanovDmitry O.ПановДмитрий Олегович
Russian Federation

PhD (Engineering), Associate Professor,senior researcher at the Laboratory of Bulk Nanostructured Materials (BNM),assistant professor of Chair of Materials Science and Nanotechnology (MSN).

кандидат технических наук,старший научный сотрудник, лаборатории Объемных наноструктурных материалов.

dimmak-panov@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3621-3966LukianovVasily V.ЛукьяновВасилий Васильевич
Russian Federation

PhD (Engineering),Head of the Complex-Shape Forming Department.

кандидат технических наук,начальник отдела сложнопрофильного формообразования.

lukianovv@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0815-3525SalishchevGennady A.СалищевГеннадий Алексеевич
Russian Federation

Doctor of Sciences (Engineering), Professor,Head of the Laboratory of Bulk Nanostructured Materials (BNM),professor of Chair of Materials Science and Nanotechnology (MSN).

доктор технических наук, профессор,заведующий лабораторией Объемных наноструктурных материалов.

salishchev_g@bsuedu.ruBelgorod National Research UniversityБелгородский государственный национальный исследовательский университетScientific and Production Association “Technopark of Aviation Technologies”Научно-производственная ассоциация «Технопарк Авиационных Технологий»310320261971063103202631032026Copyright ©; 2026, Sokolovsky V.S., Naumov S.V., Panov D.O., Lukianov V.V., Salishchev G.A.Copyright ©; 2026, Соколовский В.С., Наумов С.В., Панов Д.О., Лукьянов В.В., Салищев Г.А.2026Sokolovsky V.S., Naumov S.V., Panov D.O., Lukianov V.V., Salishchev G.A.Соколовский В.С., Наумов С.В., Панов Д.О., Лукьянов В.В., Салищев Г.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://vektornaukitech.ru/jour/article/view/1186

Problem. Currently, in the field of research on alloys based on orthorhombic Ti 2AlNb aluminide, there are no data on the relationship between heat treatment modes, structural parameters, and mechanical characteristics to ensure a balance of strength and ductility. Aim. To establish the relationship between heat treatment modes, microstructural characteristics (O-phase sizes, α2-phase volume fraction) and mechanical characteristics at room temperature, as well as to determine the heat treatment mode that provides the best balance of strength and ductility for the VTI-4 alloy. Methods. In this work, the method of isothermal multidirectional forging was applied to form a fine-grained globular structure in order to improve the ductility characteristics of the alloy. Subsequent two –stage heat treatment was carried out in the α2+β+O-phase region. Mechanical characteristics were determined by tensile testing. Results. The influence of quenching and aging temperature on the size and volume fraction of α2 and O-phase particles was investigated. The choice of heat treatment modes aimed at forming a structure that ensures high strength and ductility properties of the VTI-4 alloy is substantiated. It was established that when heating for quenching to T=900 °C, O-phase precipitates are retained at triple junctions along β-grain boundaries; during subsequent aging, O-phase particles and interlayers are formed, the thickness of which increases with rising temperature, leading to a decrease in strength and ductility. It was also established that heating for quenching from the upper part of the α2+β+O-phase region (T=960 °C) preserves the globular microstructure, leading to the dissolution of O-phase particles and, accordingly, saturating the β-phase with alloying elements. Increasing the quenching temperature also reduces the volume fraction of α2-phase particles and prevents the formation of O-phase interlayers along β-grain boundaries during aging in the temperature range of 760–800 °C. Conclusions. The study of the influence of aging temperature in the range of 760–840 °C revealed that the lower the temperature, the smaller the thickness of O-phase particles, the higher the strength, and the lower the ductility. The optimal heat treatment mode was determined: quenching at T=960 °C for τ=2 h and aging at T=800 °C for τ=6 h. After such heat treatment, the wrought VTI-4 alloy demonstrates high strength and ductility (σ0.2=1180 MPa, σв=1300 MPa, δ=6.2 %).

Актуальность. В настоящее время в области исследования сплавов на основе орторомбического алюминида Ti2AlNb отсутствуют данные о связи режимов термической обработки, структурных параметров и механических характеристик для обеспечения баланса прочности и пластичности. Цель. Установлении связи между режимами термической обработки, микроструктурными характеристиками (размеры O-фазы, объемная доля α2-фазы) и механическими характеристиками при комнатной температуре, а также определение режима термообработки, обеспечивающего наилучший баланс прочности и пластичности для сплава ВТИ-4. Методы. В работе был применен метод всесторонней изотермической ковки для формирования мелкозернистой глобулярной структуры с целью повышения пластических характеристик сплава. Последующую двухступенчатую термообработку проводили в α2+β+O-фазовой области. Механические характеристики определены при испытаниях на растяжение. Результаты. Исследовано влияние температуры закалки и старения на размер и объемную долю частиц α2 и О-фаз. Обоснован выбор режимов термической обработки, направленный на формирование структуры, обеспечивающий высокие прочностные и пластические свойства сплава ВТИ-4. Установлено, что при нагреве под закалку до T=900 °C сохраняются выделения О-фазы в тройных стыках по границам β-зерен; при последующем старении формируются частицы и прослойки О-фазы, толщина которых увеличивается с ростом температуры, что приводит к снижению прочности и пластичности. Установлено также, что нагрев под закалку из верхней части α2+β+O-фазовой области (Т=960 °С) сохраняет глобулярную микроструктуру, приводя к растворению частиц O-фазы и, соответственно, насыщая легирующими элементами β-фазу. Повышение температуры закалки также снижает объемную долю частиц α2-фазы и предотвращает формирование прослоек О-фазы по границам β-зерен при старении в интервале температур 760–800 °С. Выводы. Исследование влияния температуры старения в интервале 760–840 °С позволило установить, что чем ниже температура, тем меньше толщина частиц О-фазы, выше прочность и меньше пластичность. Определен оптимальный режим термической обработки: закалка Т=960 °С, t=2 ч и старение Т=800 °С, t=6 ч. После такой термической обработки кованный сплав ВТИ-4 демонстрирует высокую прочность и пластичность (σ0,2=1180 МПа, σв=1300 МПа, δ=6,2 %).

orthorhombic titanium aluminide Ti2NbAlVTI-4 alloyisothermal multidirectional forgingquenchingagingmechanical propertiesорторомбический алюминид титана Ti2NbAlсплав ВТИ-4всесторонняя изотермическая ковказакалкастарениемеханические свойстваThis work was financially supported by the Russian Science Foundation (agreement No. 19-79- 30066) using the equipment of the Common Use Center “Technologies and Materials” of the National Research University “BelSU”, https://rscf.ru/prjcard_int?19-79-30066. The paper was written on the reports of the participants of the XII International School of Physical Materials Science (SPM-2025), Togliatti, September 15–19, 2025.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (соглашение № 19-79-30066) с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Технологии и материалы» НИУ «БелГУ», https://rscf.ru/prjcard_int?19-79-30066. Статья подготовлена по материалам докладов участников XII Международной школы «Физическое материаловедение» (ШФМ-2025), Тольятти, 15–19 сентября 2025 года.Banerjee D. The intermetallic Ti2AlNb. Progress in Materials Science, 1997, vol. 42, no. 1-4, pp. 135–158. DOI: 10.1016/S0079-6425(97)00012-1.Banerjee D. The intermetallic Ti2AlNb // Progress in Materials Science. 1997. Vol. 42. № 1-4. P. 135–158. DOI: 10.1016/S0079-6425(97)00012-1.Goyal K., Sardana N. Mechanical Properties of the Ti2AlNb Intermetallic: A Review. Transactions of the Indian Institute of Metals, 2021, vol. 74, no. 8, pp. 1839–1853. DOI: 10.1007/s12666-021-02307-5.Goyal K., Sardana N. Mechanical Properties of the Ti2AlNb Intermetallic: A Review // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2021. Vol. 74. № 8. P. 1839–1853. DOI: 10.1007/s12666-021-02307-5.Goyal K., Bera C., Sardana N. Temperature-dependent structural, mechanical, and thermodynamic properties of B2-phase Ti2AlNb for aerospace applications. Journal of Materials Science, 2022, vol. 57, pp. 19553–19570. DOI: 10.1007/s10853-022-07788-3.Goyal K., Bera C., Sardana N. Temperature-dependent structural, mechanical, and thermodynamic properties of B2-phase Ti2AlNb for aerospace applications // Journal of Materials Science. 2022. Vol. 57. P. 19553–19570. DOI: 10.1007/s10853-022-07788-3.Illarionov A.G., Stepanov S.I., Naschetnikova I.A., Popov A.A., Popov A.A., Soundappan P., Thulasi Raman K.H., Suwas S. A Review-Additive Manufacturing of Intermetallic Alloys Based on Orthorhombic Titanium Aluminide Ti2AlNb. Materials, 2023, vol. 16, no. 3, article number 991. DOI: 10.3390/ma16030991.Illarionov A.G., Stepanov S.I., Naschetnikova I.A., Popov A.A., Popov A.A., Soundappan P., Thulasi Raman K.H., Suwas S. A Review-Additive Manufacturing of Intermetallic Alloys Based on Orthorhombic Titanium Aluminide Ti2AlNb // Materials. 2023. Vol. 16. № 3. Article number 991. DOI: 10.3390/ma16030991.Sokolovskiy V.S., Nozdracheva E.I., Kyaramyan K.A., Bykov Yu.G., Alekseev E.B., Salishchev G.A. Effect of hot deformation and heat treatment conditions on the structure and mechanical properties of the vit1 alloy based on orthorhombic titanium aluminide. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy, 2025, vol. 31, no. 1, pp. 67–79. EDN: JKGFPM.Соколовский В.С., Ноздрачева Е.И., Кярамян К.А., Быков Ю.Г., Алексеев Е.Б., Салищев Г.А. Влияние режимов горячей деформации и термической обработки на структуру и механические свойства сплава на основе орторомбического алюминида титана ВИТ1 // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2025. Т. 31. № 1. С. 67–79. EDN: JKGFPM.Caihong Jing, Shoujiang Qu, Aihan Feng, Hao Wang, Daolun Chen. Influence of Microstructure and Texture on Tensile Properties of an As-Rolled Ti2AlNb-Based Alloy. Metals, 2023, vol. 13, no. 6, article number 631. DOI: 10.3390/met13060631.Caihong Jing, Shoujiang Qu, Aihan Feng, Hao Wang, Daolun Chen. Influence of Microstructure and Texture on Tensile Properties of an As-Rolled Ti2AlNb-Based Alloy // Metals. 2023. Vol. 13. № 6. Article number 631. DOI: 10.3390/met13060631.Tianze Liu, Xuewen Li, Boxin Wei. The Influences of Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Rolled Ti₂AlNb. Metals, 2023, vol. 13, no. 5, article number 886. DOI: 10.3390/met13050886.Tianze Liu, Xuewen Li, Boxin Wei. The Influences of Heat Treatment on the Microstructure and Mechanical Properties of Rolled Ti₂AlNb // Metals. 2023. Vol. 13. № 5. Article number 886. DOI: 10.3390/met13050886.Chirumamilla A., Gautam G.S. Effect of alloying additions on the lattice ordering of Ti₂AlNb intermetallic. Journal of Materials Research, 2026, vol. 41, pp. 169–179. DOI: 10.1557/s43578-025-01684-7.Chirumamilla A., Gautam G.S. Effect of alloying additions on the lattice ordering of Ti₂AlNb intermetallic // Journal of Materials Research. 2026. Vol. 41. P. 169–179. DOI: 10.1557/s43578-025-01684-7.Illarionov A.G., Demakov S.L., Vodolazskiy F.V., Stepanov S.I., Illarionova S.M., Shabanov M.A., Popov A.A. Alloys based on orthorhombic intermetallic: phase composition, alloying, structure, properties. Metallurgist, 2023, vol. 67, pp. 305–323. DOI: 10.1007/s11015-023-01518-z.Illarionov A.G., Demakov S.L., Vodolazskiy F.V., Stepanov S.I., Illarionova S.M., Shabanov M.A., Popov A.A. Alloys based on orthorhombic intermetallic: phase composition, alloying, structure, properties // Metallurgist. 2023. Vol. 67. P. 305–323. DOI: 10.1007/s11015-023-01518-z.Lin Yang, Zhiqiang Bu, Jinfu Li. Microstructure and mechanical properties of as-cast Ti2AlNb alloys. Materials & Design, 2025, vol. 254, article number 114138. DOI: 10.1016/j.matdes.2025.114138.Lin Yang, Zhiqiang Bu, Jinfu Li. Microstructure and mechanical properties of as-cast Ti2AlNb alloys // Materials & Design. 2025. Vol. 254. Article number 114138. DOI: 10.1016/j.matdes.2025.114138.Shishuang Liu, Jingxia Cao, Yi Zhou, Chenrui Hou, Shenglong Dai, Xu Huang. Microstructure evolution and mechanical properties of a high-strength Ti₂AlNb alloy processed by large-strain two-pass hot extrusion. Journal of Alloys and Compounds, 2022, vol. 925, article number 166715. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.166715.Shishuang Liu, Jingxia Cao, Yi Zhou, Chenrui Hou, Shenglong Dai, Xu Huang. Microstructure evolution and mechanical properties of a high-strength Ti₂AlNb alloy processed by large-strain two-pass hot extrusion // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 925. Article number 166715. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.166715.Yinling Zhang, Aihan Feng, Shoujiang Qu, Jun Shen, Daolun Chen. Microstructure and low cycle fatigue of a Ti2AlNb-based lightweight alloy. Journal of Materials Science & Technology, 2020, vol. 44, pp. 140–147. DOI: 10.1016/j.jmst.2020.01.032.Yinling Zhang, Aihan Feng, Shoujiang Qu, Jun Shen, Daolun Chen. Microstructure and low cycle fatigue of a Ti2AlNb-based lightweight alloy // Journal of Materials Science & Technology. 2020. Vol. 44. P. 140–147. DOI: 10.1016/j.jmst.2020.01.032.Panov D.O., Naumov S.V., Stepanov N.D., Sokolovsky V.S., Volokitina E., Kashaev N., Ventzke V., Dinse R., Riekehr S., Povolyaeva E., Nochovnaya N., Alekseev E., Zherebtsov S., Salishchev G. Effect of pre-heating and post-weld heat treatment on structure and mechanical properties of laser beam-welded Ti2AlNb-based joints. Intermetallics, 2022, vol. 143, article number 107466. DOI: 10.1016/j.intermet.2022.107466.Panov D.O., Naumov S.V., Stepanov N.D., Sokolovsky V.S., Volokitina E., Kashaev N., Ventzke V., Dinse R., Riekehr S., Povolyaeva E., Nochovnaya N., Alekseev E., Zherebtsov S., Salishchev G. Effect of pre-heating and post-weld heat treatment on structure and mechanical properties of laser beam-welded Ti2AlNb-based joints // Intermetallics. 2022. Vol. 143. Article number 107466. DOI: 10.1016/j.intermet.2022.107466.Naumov S.V., Panov D.O., Chernichenko R.S., Sokolovskiy V.S., Volokitina E.I., Stepanov N.D., Zherebtsov S.V., Alekseev E.B., Nochovnaya N.A., Salishchev G.A. Structure and mechanical properties of welded joints from alloy based on VTI-4 orthorhombic titanium aluminide produced by pulse laser welding. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy, 2023, vol. 29, no. 2, pp. 57–73. DOI: 10.17073/0021-3438-2023-2-57-73.Наумов С.В., Панов Д.О., Черниченко Р.С., Соколовский В.С., Волокитина Е.И., Степанов Н.Д., Жеребцов С.В., Алексеев Е.Б., Ночовная Н.А., Салищев Г.А. Cтруктура и механические свойства сварных соединений из сплава на основе орторомбического алюминида титана ВТИ-4, полученных импульсной лазерной сваркой // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2023. Т. 29. № 2. С. 57–73. DOI: 10.17073/0021-3438-2023-2-57-73.Shengwei Zhang, Mingzhe Xi, Rui Liu, Mingyue Li, Xiaotian Guo, Yiming Gui, Jing Wu. Fabricating Ti–22Al–25Nb Intermetallic with Ductility Higher than 25% by Advanced Printing Technique: Point-Forging and Laser-Deposition. Materials Science and Engineering: A, 2022, vol. 850, article number 143520. DOI: 10.1016/j.msea.2022.143520.Shengwei Zhang, Mingzhe Xi, Rui Liu, Mingyue Li, Xiaotian Guo, Yiming Gui, Jing Wu. Fabricating Ti–22Al–25Nb Intermetallic with Ductility Higher than 25% by Advanced Printing Technique: Point-Forging and Laser-Deposition // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 850. Article number 143520. DOI: 10.1016/j.msea.2022.143520.Xiaochong Sui, Guofeng Wang, Qing Liu, Yongkang Liu, Yuqing Chen. Fabricating Ti2AlNb sheet with tensile strength higher than 1500 MPa by hot packed rolling spark-plasma-sintered pre-alloyed Ti the B2 + O phase field. Journal of Alloys and Compounds, 2021, vol. 876, article number 160110. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160110.Xiaochong Sui, Guofeng Wang, Qing Liu, Yongkang Liu, Yuqing Chen. Fabricating Ti2AlNb sheet with tensile strength higher than 1500 MPa by hot packed rolling spark-plasma-sintered pre-alloyed Ti the B2 + O phase field // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 876. Article number 160110. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160110.Yaran Zhang, Yongchang Liu, Liming Yu, Hongyan Liang, Yuan Huang, Zongqing Ma. Microstructures and tensile properties of Ti2AlNb and Mo-modified Ti2AlNb alloys fabricated by hot isostatic pressing. Materials Science and Engineering: A, 2020, vol. 776, article number 139043. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139043.Yaran Zhang, Yongchang Liu, Liming Yu, Hongyan Liang, Yuan Huang, Zongqing Ma. Microstructures and tensile properties of Ti2AlNb and Mo-modified Ti2AlNb alloys fabricated by hot isostatic pressing // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 776. Article number 139043. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139043.