随着航空航天工业的迅猛发展，新型高推沉比航空发起机对高温钛合金提出了越来越高的要求，为此，世界列都城在竞相发展600℃及以上高温长功夫使用的高温钛合金，例如英国的 IMI834 合金，美国的 Ti1100、Ti-6242S 合金，俄罗斯的BT36合金以及中国的Ti60、Ti600合金等
。Ti60合金是由宝钛集团和中科院金属钻研所结合研造的一种Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Ta-Si系近α型的600℃高温钛合金
。该合金用高合金化、和复合强化方式，在Ti-Al-Sn-Zr的基础上同时参与肯定量的Ta、Nb及Mo三种同晶型高熔点的β不变元素，通过这三种不变元素与α不变元素Al及中性元素Sn和Zr等合金元素搭配和共同作用，使合金成为集细晶强化、固溶强化和第二相（α2和硅化物）弥散强化于一身的多元复合强化的一种热强钛合金
。塑性成形结构件的显微组织状态决定其使用机能，资料的显微组织是由资料变形时的变形温度及变形量以及随后的热处置造度所决定
。本文作者重要钻研了变形温度对Ti60钛合金Φ350mm大规格棒材的显微组织、力学机能及探伤水平的影响，在钻研该合金大规格棒材变形工艺的同时，也为该合金棒材的扩大利用提供了设计数据
。

1、?尝试

1.1 尝试资料

尝试选取宝钛集团真空自耗电弧炉3次熔炼的Ti60合金铸锭（Ф700mm），其化学成分（质量分数/wt%）满足 ：5.2 ～ 6.2Al、3.0 ～ 4.5Sn、2.5 ～ 4.0Zr、0.2 ～ 1.0Mo、0.20 ～ 0.6Si、0.20 ～ 1.5Ta、0.20 ～ 0.7Nb、0.02 ～ 0.08C，余量为Ti
。选取金相法测得该合金相变点（α+β）/β为 ：1040 ～ 1050℃
。

1.2 尝试规划

铸锭在单相区选取镦拔工艺进行开坯铸造，变形量节造在60 ～ 80%，同样选取镦拔工艺在α+β两相区进行中央铸造，变形量节造在50 ～ 70%
。在坯料上切取一样规格的两块试验料，利用一样的加热和铸造设备，选取A、B（见表1）两种铸造工艺出产Φ350mm的Ti60大规格棒材
。在棒材本体上切取Ф350×20mm的试样片，试样片经1020℃ /2h，AC+700℃ /2h,AC热处置
。利用OLYMPUSGX71金相显微镜对棒材边部、3R/4、R/2、R/4及心部的五个部位处的横，纵向显微组织进行观察
。金相试样侵蚀剂为V（HF）∶V(HNO₃)∶(H₂O)=1∶3∶10
。在试片R/2地位取弦向，力学机能试样进行室温拉伸、高温拉伸、热不变和蠕变机能测试，热不变机能测试，选取试样热露出方式
。

2、?尝试结论与会商

2.1 铸造工艺对显微组织的影响

两种铸造工艺所出产棒材热处置后的显微组织如图1 ～ 4所示
。热处置后，两种铸造工艺的出产的棒材的组织类型均为均匀的双态组织，其原始β晶粒得到充分破碎，这注明两种变形工艺变形量足够充分
。

从图1、3能够看出规划A各部位组织较为均匀，纵、横向组织无显著差距，初生α相以球状、条状存在，大幼差距较大，天堑为毛刺状，相互之间存在未断开景象，体积分数约为20%
。由图2、4能够看出规划B各部位的纵、横向组织无显著差距，初生α相以球状存在，且天堑明显，相互之间根基断开，除了少部门较幼表，其余大幼相近，体积分数约为30%
。

造成两种铸造规划棒材显微组织差距的重要原因是变形温度，规划B变形温度高于规划A,规划B在加热过程中储蓄的能量高于规划A，相对于规划A来说，规划B的相界扩散能力强，晶界活动性大，原子扩散能力强，晶界移动速度大，这就使得大晶粒归并左近的幼晶粒能力增长，而使晶粒尺寸增长而数量削减，初生ɑ相间充分断开，其状态更趋于等轴状
。

2.2 铸造工艺对力学机能的影响

表2 ～ 3为两种工艺所出产棒材R/2处弦向的室温、高温拉伸及热不变机能
。由测试了局能够看出规划A各项机能指标均优于规划B
。

图1 A规划Ti60锻棒分歧部位的横向显微组织

图2 B规划锻棒分歧部位的横向显微组织

图3 A规划锻棒分歧部位的纵向显微组织

图4 B规划锻棒分歧部位的纵向显微组织

由显微组织能够看出，规划A所得到组织中的原始β晶粒及初生α相的尺寸显著幼于规划B,初生α相以大幼不一的且不规定的球状、条状存在
。钛合金机械机能受显微组织的影响较大，M.A Greenfield[1]指出α相颗粒之间的均匀自由旅程（λ）对合金的拉伸塑性起着沉要的作用，拉伸变形较幼时，在等轴α相和转变β组织间的相界面上易形成浮泛，随着拉伸变形水平的增长，这些浮泛沿着相面长大，α相颗粒对浮泛长大起到故障作用，初生α相颗粒越多，均匀自由旅程越短，浮泛长大过程中遇到的故障就越多，因而，拉伸试样在断裂前产生更大塑形变形，从而获得更高的拉伸塑形
。作者还以为，在两个α相颗粒之间，浮泛沿着片状α集团的天堑长大，α相颗粒的数量越多，他们之间的均匀自由旅程（λ）越短，且β转变组织中的α和β片层较薄，长度较短，占有更多的相界面，浮泛长大过程中遇到的故障就越大，拉伸试样在断裂前产生更大塑性变形，故拉伸塑性更高
。这就很好的诠氏缢规划A拉伸塑形优于规划B的原因
。

表4所列为两种工艺出产的棒材R/2处弦向的蠕变机能
。测试了局显示，规划A蠕变机能略优于规划B
。影响该合金蠕变机能的关键成分是合金成分微分辨布与相界/晶界密度以及第二强化相[2-4] 
。本次试验两种规划所用资料化学成分微分辨布根基一样，选取热处置造度一样，第二强化相对其影响根基一样
。从图1 ～ 4的显微组织能够看出，规划A的相界及晶界密度显著大于规划B, 即相界面/晶界面密度是造成规划A规划优于B的重要原因
。

2.3 铸造工艺对探伤的影响

两种棒材的超声波检验了局见表5
。由表5可见，规划A了局显著高于规划B.超声波在介质中传布遵循波的共同传布法规，在传布过程中若是遇到阻碍物，就可能对波的传布产生影响，并且这种影响与阻碍物的大幼有亲昵关系，若是阻碍物的尺寸远幼于超声波的波长，则阻碍物对超声波的传布险些不产生影响 ；相反阻碍物的尺寸与超声波的波长相当或弘远于超声波的波长时，超声波将产生散射、反射和透射
。本次尝试选取接触法利用CTS-23B型超声波探伤仪和单探头4P14行检验
。超声波平率为5MHZ,波长约为1.2mm
。由显微组织图1 ～ 4看，规划A组织晶粒及初生α相颗粒显著幼于规划B，规划A组织晶粒大幼均匀，根基在50um左右，初生α相颗粒直径在15 ～ 30um，规划B组织晶粒较大，并且各部位均匀性差，各部位存在显著差距，个别晶粒尺寸达到300um，初生α相颗８本40 ～ 50um
。由显微组织能够看出，两种规划组织中的初生α相晶粒直径远幼于超声波的波长，不是引起规划B杂波水平较高的重要原因，或者说在这两种规划下的显微组织，初生α相颗粒大幼对超声检验杂波水平的影响能够忽略
。

造成规划B杂波水平较高的重要原因是组织中的原始β晶粒，组织存在粗壮的晶粒及各部位组织不均耘装响了超声波的传布，造成杂波水平较高
。

3?、结语

Ti60钛合金Φ350mm规格棒材选取Tβ-40℃进行α+β两相区铸造，其组织晶粒更藐幼均匀，力学机能及探伤水平均优于选取Tβ-20℃进行α+β两相区铸造的棒材
。

参考文件：

[1] M.A Greenfield，c.m.Pierce,J.A.Hall,The effect of Microstructure on the control of Mechanical Properties in alpha-beta Titanium Alloys, Titaninm Science and Technology,vol.3,Plenum Press, 19973, pp2081 ～ 2096 .

[2] ES-SOUNI M.Creep deformation behavior of three high-temperature near α-Ti alloys[J]. Metall Mater Trans A,2001,2A:285-293.

[3] EVANS W J. Optimizing mechanical properties in alpha+betatitanium alloys[J]. Mater Sci Eng A,1998,243:89-96.

[4] DOWSON A L, HOLLIS A C,BEAVERS C J. The effect of the alpha-phase volume fraction and stress ration on the fatigue crack growth characteristics of the near-alpha IMI 843Ti alloys[J].Int J Fatigue,1992,14:261-270.