1、媒介

钛合金拥有比强度高、高温机能好和抗侵蚀蹬着点，因而在航空、舰艇、化工等领域得到日益宽泛的利用。近年来，随着航空航天技术的不休发展，对航空发起机的推沉比及飞机的机动机能提出了更高的要求，作为发起机压气机转子和叶片沉要候选资料的高温钛合金更是越来越受到人们的器沉［1-2］。

目前，高温钛合金的开发重要集中在 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si近α型系统［3］，较为典型的有IMI834［3］，Ti-1100［4］， BT36［5］， 以 及 中 国 的Ti60［6］和Ti600［７］等。Ti60合金类似于英国的 IMI834合金，是我国自主研造的一种新型近α型高温钛合金。该合金中参与了少量的 Tａ元素用来提高其蠕变机能，同时通过增长少量 Ｃ元素来扩大其热加工窗口。多所周知，对于钛合金来说，通过分歧的铸造工艺能够得到分歧的微观组织，从而得到分歧的力学机能。钛合金在β单相区铸造，得到网篮组织，这种组织拥有高的断裂韧性、好的蠕变机能及抗裂纹扩大能力；在α＋β两相区铸造，能够得到等轴组织，这种组织拥有较好的塑性和委顿强度［8］。近β铸造能够得到好的综合机能。已有钻研批注，对于IMI834合金来说，含有肯定初生α相的双态组织拥有最好的委顿和蠕变机能［9］。而对于Ti60合金，其铸造工艺与组织机能之间关系的钻研还是极度有限的。因而，本钻研调查了3种分歧铸造工艺对Ti60合金棒材组织及机能的影响，为该合金的宽泛利用提供肯定的理论基础。

2、尝试资料与步骤

尝试用原资料为宝鸡钛业股份有限公司提供的?150ｍｍTi60合金棒材。棒材经陕西宏远航空铸造有限责任公司改锻后得到 ?150ｍｍ的锻棒，其组织为初生α相含量约 40％的等轴组织，如图 1所示。

图 1　Ti60合金改锻后的等轴组织

Ｆｉｇ.1。牛瘢酰椋幔澹洌恚椋悖颍铮骉ｒｕｃTｕｒｅｏｆTi60AlｌｏｙａｆTｅｒｆｏｒｇｉｎｇ

选取金相法测得其相变点为1045℃。在锻棒上切取3段?150ｍｍ×62ｍｍ的圆柱，在3T自由锻锤上选取3种分歧的铸造工艺进行镦粗，即1015℃通例铸造、1035℃近β铸造和10７0℃β铸造，变形量为50％，锻后立即水冷，热处置造度为1020℃／2ｈ，空冷 ＋７00℃／2ｈ，空冷。选取光学显微镜观察试样的高倍组织，选取全能试验机测试其力学机能。室和善高温拉伸试样的工作直径均为 ?5ｍｍ，标距有效长度为 25ｍｍ。选取 ＳＵＰＲＡTＭ55型扫描电子显微镜观察和分析试样断口描摹，索求分歧的组织描摹对断裂机造的影响。

3、了局与分析

3.1　铸造工艺对Ti60合金棒材显微组织的影响

Ti60合金棒材时时规铸造、近β铸造和β铸造后的显微组织如图 2所示。从图中能够看出，分歧的铸造工艺对Ti60合金棒材显微组织的状态有显著的影响。通例铸造获得典型的等轴组织，由于铸造温度低，组织中等轴α相含量较多，约为60％，等轴α相大幼不一，状态各别，锻后水冷使二次析出的条状α藐幼，取向混乱，见图 2ａ。近β铸造比通例铸造的温度稍高，也得到等轴组织，但等轴α相含量略微有所降低，约为 40％左右，等轴α相大幼比力均匀，二次析出的条状α较粗，条状α集束散布没有通例铸造显著，散布越发混乱，见图 2B。β铸造后获得典型的网篮组织，由于高温铸造后选取水冷，冷却速度较快，故α集束交错散布成网篮状，热处置第一次高温退火后选取空冷，条状α有充分的功夫析出和长大，因而条状α较宽，β晶界较显著（见图 2ｃ）。此表，β铸造后锻件的组织很不均匀，在某些部门区域出现大块α相，如图 3所示。

图 2　Ti60合金经分歧工艺铸造后的金相照片：（ａ）通例铸造；（B）近β铸造；（ｃ）β铸造

Ｆｉｇ.2。停錞AlｌｕｒｇｉｃAlｍｉｃｒｏｓTｒｕｃTｕｒｅｓｏｆTi60AlｌｏｙｒｅｓｕｌTiｎｇｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎTｆｏｒｇｉｎｇ：（ａ）α＋βｆｏｒｇｉｎｇ；（B）ｎｅａｒ-βｆｏｒｇｉｎｇ；（ｃ）βｆｏｒｇｉｎｇ

图 3　β铸造Ti60合金中的大块α相

Ｆｉｇ.3　BｌｏｃｋｙAlｐｈａｉｎBｅTａ-ｆｏｒｇｅｄTi60Alｌｏｙ

大块α相在钛合金β铸造中经；岢鱿，会导致合金机能恶化，因而也引起了宽大钻研者的关注。

董长升等［10］以为粗壮α相拥有组织“遗传性”，当原始坯料组织粗壮或不均匀时，常；嵋鸫罂棣料嗟牟，而这种组织即便在两相区多火次大变形后还是很难解除。Ｆ.Ｊ.Ｇｉｌ等人［11］对 TＣ4钛合金的钻研了局批注，粗壮的α条是由于冷却速度过低造成的，提高冷却速度能够显著削减和预防大块α相的出现。曾卫东等人［12］在钻研冷却速度对 TＣ11钛合金β加工显微组织的影响时也发现，热处置后立即水冷，可预防或削减大块α相的出现。

3.2　铸造工艺对Ti60合金拉伸机能的影响

Ti60合金经过分歧铸造工艺的室温及高温拉伸机能如图 4所示。从图中能够看出，3种铸造工艺的强度相差不大，其中近β铸造和β铸造的强度略高，但从断面收缩率来看，α＋β铸造和近β铸造的室和善高温塑性均高于β铸造，可见，近β铸造拥有更好的强杜纂塑性的匹配。

Ti60合金选取分歧的铸造工艺得到分歧的力学机能是由其分歧组织的分歧变形机理决定的。Ｊ.Ｃ.Ｗｉｌｌｉａｍｓ以为金属变形时的强杜纂塑性与滑移长杜仔关，滑移长度越短，强度和塑性越高［13］。等轴组织的滑移长度是由等轴组织中的初生α相决定的，等轴α相越多，晶粒越藐幼，滑移长度越幼，产生的位错塞积越少，因而在断裂前能产生更大的变形而拥有更高的塑性。片状组织的滑移长度是由片状组织的α片厚度或束域尺寸决定的，片状组织的厚度、束域大幼及β晶界对塑性变形行为的影响是分歧的。由于片状组织中α相与β相之间的滑移系和孪生系有肯定的几何干系，位错在α晶粒中产生后沿滑移面活动，能够不故障地越过α／β相界，在β相中持续活动，直到位错活动至魏氏组织束域界或原始β相晶界处，因而断裂前位错塞积长度长，强度稍高而塑性急剧降落。

图 4　Ti60合金经分歧工艺铸造的室温（ａ）及高温（B）力学机能

Ｆｉｇ.4 ＲｏｏｍTｅｍｐｅｒａTｕｒｅ（ａ）ａｎｄｈｉｇｈTｅｍｐｅｒａTｕｒｅ（B）ｍｅｃｈａｎｉｃAlｐｒｏｐｅｒTiｅｓｏｆTi60AlｌｏｙｒｅｓｕｌTiｎｇｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎTｆｏｒｇｉｎｇ

3.3　铸造工艺对断口描摹的影响

图 5为 3种分歧铸造工艺前提下室温拉伸试样ＳＥＭ断口描摹。从宏观照片可见，通例铸造和近β铸造的断口粗糙不平，有显著的中心纤维区、放射区和边缘与拉伸轴线约成 45°方向的剪切唇区。放射区断口表表比力光亮平展，放射花腔呈发散状且收敛于中心，注明裂纹发源于试样的中心部位（图 5ａ，B）。β铸造的试样断口比力平展（图 5ｃ），也存在 3个区，但没有前两种工艺显著。从断口微观描摹来看，通例铸造的试样可能观察到大量的蜂窝状描摹，且断口上有大量的扯破棱，注明该试样为韧性断裂，这与其室温拉伸塑性较好是一致的（图 5ｄ）。近β铸造的试样断口上有大量的韧窝花腔，韧窝大幼、深度不一，且大多为等轴状（图 5ｅ），属微孔荟萃型断裂。这种断口的试样塑性较好。β铸造的试样微观断口能够观察到韧窝描摹，同时也有大量的解理幼平面，是韧窝 ＋准解理的混合型断口（图 5ｆ），因而塑性最差。

图 5　室温拉伸试样断口电镜扫描照片：（ａ，ｄ）通例铸造；（B，ｅ）近β铸造；（ｃ，ｆ）β铸造

Ｆｉｇ.5。樱牛 ｆｒａｃTｏｇｒａｐｈｓｏｆTｅｎSiｌｅｓａｍｐｌｅｓａTｒｏｏｍTｅｍｐｅｒａTｕｒｅ：（ａ，ｄ）α＋βｆｏｒｇｉｎｇ；（B，ｅ）ｎｅａｒ-βｆｏｒｇｉｎｇ；（ｃ，ｆ）βｆｏｒｇｉｎｇ

4、结论

（1）Ti60合金时时规铸造后，组织中约含 60％的等轴α相，二次析出的条状α藐幼，取向较混乱，为典型的等轴组织；近β铸造获得的初生α相含量比通例铸造的少，组织较均匀；β铸造组织为典型的网篮组织，部门有大块α相出现。

（2）3种铸造方式获得的试样强度相差不大，其中近β铸造和β铸造的强度略高，而通例铸造和近β铸造的室和善高温塑性均高于β铸造。近β铸造拥有较好的强杜纂塑性的匹配。

（3）3种铸造方式的室温拉伸断口均由纤维区、放射区和剪切唇区 3个部门组成。通例铸造与近β铸造的试样断口均为韧窝型断裂，其中近β铸造中的韧窝更深，大幼更均匀。β铸造的试样为韧窝 ＋准解理的混合型断口。

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