高温钛合金拥有密度低、比强度高、耐侵蚀、耐高温等特点，可能在高温前提下阐发出较好的热不变性、较高的抗拉强度和抗蠕变机能[1-2]，在航空、航天领域得到宽泛利用，并成为造作现代航空发起机机匣、叶盘的沉要资料之一
。Ti65合金是一种新型近a型高温钛合金,是由中国科学院金属钻研地点Ti60合金基础上设计开发的，其使用温度在600~650℃之间
。与Ti60合金相比，Ti65合金中削减了Sn、Zr元素含量，增长了Ta、W元素含量，并增长了Si元素，从而有效改善了合金的抗蠕变机能和悠久机能[2-3]
。因而，Ti65合金除了具备较高的强度和优良的耐侵蚀性表，还获得了在650℃下更好的高温蠕变抗性和悠久机能，使强度、韧性、蠕变机能和委顿机能达到优良匹配[4]
。a+β两相钛合金和近a钛合金均拥有优异的高温力学机能，因而，Ti65合金梦想的组织状态为双态组织
。为两全Ti65合金在室和善高温下的综合机能，其铸造和热处置均在两相区内实现，通常将等轴初生α相含量节造在5%~25%之间[5-7]
。

热处置是调控近a型钛合金显微组织和机能的沉要伎俩之一，钻研人怨仉对Ti65合金进行了大量热处置工艺钻研
。吴汐玥等人[8]钻研了固溶温度对Ti65合金板材显微组织和力学机能的影响，发现随着固溶温度的升高，等轴初生α相体积分数逐步削减，经过1015℃/1h/AC+700℃/4h/AC热处置后，等轴α相体积分数降低至5%左右，室温及650℃高温拉伸机能均匹配优良
。Yue等人[6]在钻研固溶冷却速度对幼规格Ti65合金棒材力学机能的影响时发现，随着冷却速度的加快，合金在室和善650℃前提下的拉伸强度和塑性都得到显著提高，悠久功夫先增长后削减，断后伸长率先减幼后增大
。邓雨亭等人[9]钻研了厚截面Ti65合金饼坯锻件的悠久机能及位错演变法规，发现从锻件边缘到心部，室温抗拉强度和650℃高温抗拉强度均逐步降低，最后维持不变，悠久断裂功夫则逐步增长，最后维持不变;厚片层α相内部弥散散布的a2相，有利于提升悠久机能
。谭海兵等人[10]钻研了热处置对Ti65合金棒材显微组织与力学机能的影响，发现经过1030℃一次固溶+(800~950)℃二次固溶+700℃时效后，合金的室温拉伸强度和屈服强度均出现降落趋向
。此表，钻研人员还发展了Ti65合金本构方程及动态再结晶模型的成立、热变形后的显微组织表征、织构演变及力学机能分析等工作[11-17]
。固溶处置是钛合金锻件加工过程中最沉要的环节之一，在分歧的冷却速度下，从β转变组织中析出的次生α相状态分歧，从而直接影响合金的力学机能
。目前，固溶冷却方式对Ti65合金厚截面锻件显微组织与力学机能的影响法规尚不明确
。为此，以Ti65合金厚截面锻件为钻研对象，系统对比钻研了固溶处置后风冷与油冷两种冷却方式对锻件显微组织、室温拉伸机能以及650℃高温拉伸、蠕变与悠久机能的影响，旨在为该合金热处置工艺的造订提供数据支持，并推动Ti65合金的工程化利用
。

1、尝试

尝试资料为?150mm的Ti65合金棒材，通过金相法测定棒材的相变温度约为1043℃，其化学成分如表1所示
。在1003℃下将棒材铸造成如图1a所示的盘形锻件，最大厚度为120mm
。自盘形锻件中心沿纵向将其剖分为S1和S2两块，别离依照表2所示热处置工艺进行固溶+时效处置
。其中，S1锻件选取风冷(FAC)方式冷却，S2锻件选取油冷(OC)方式冷却
。

表1 Ti65合金棒材化学成分(w/%)

Table 1 Chemical composition of Ti65 alloy bar

表2 Ti65合金锻件热处置工艺

Table 2 Heat treatment processes of Ti65 alloy forging

表3蠕变和悠久机能测试前提

Table 3 Testing conditions of creep and stress rupture properties

2、了局与分析

2.1显微组织

Ti65合金的固溶温度处于a+β两相区，在保温过程中形成了显著的晶界，随后的风冷或油冷过程中，在形成晶界α相的同时，β转变组织中逐步析出了交错排布的片层状次生α相
。由于冷却速度分歧，析出的晶界α相和片层状次生α相的厚度各不一样
。当以风冷方式冷却时，整体冷却速度较慢，锻件边缘先冷却，β转变组织中的片层状次生α相不再长大，而心部依然维持高温状态，片层状次生α相持续长大，造成锻件心部的片层状次生α相厚度略大于边缘
。与风冷相比，油冷的冷却速度更快，锻件心部和边缘的冷却速度相近，晶界上和β转变组织中析出的次生α相均来不及长大，因而锻件心部和边缘的初生α相含量、晶粒尺寸以及β转变组织中的片层状次生α相厚度差距很幼，且与风冷后的次生α相相比越发藐幼
。

2.2拉伸机能

细晶强化是金属资料最有效的强化步骤之一
。凭据位错理论，晶界故障位错活动，晶粒越藐幼，晶界数量越多，相邻晶粒产生变形或活动必要的应力越大，强化效应越显著
。Ti65合金在冷却过程中析出的片层状次生α订交错排布，形成了大量的α相与β相界面，从而故障了位错滑移，减幼了位错的有效滑移长度，使合金得到强化，强度显著提高[18]
。

Ti65合金锻件以风冷方式冷却时，析出的片层状次生α相厚度为3~5μm，强化成效相对较弱，抗拉强度和屈服强度别离为1015MPa和904MPa，断后伸长率和断面收缩率别离为11%和21.5%
。当锻件以油冷方式冷却时，析出的片层状次生α相厚度减幼到1~3μm，α相与β相界面增多，强化成效加强，抗拉强度和屈服强度别离增长至1099MPa和996MPa，断后伸长率和断面收缩率则降落至9.5%和11%
。

以上尝试了局批注，固溶冷却速度的加快能够提升合金的室温强度、650℃强度和塑性，但会使室温塑性降落

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。

2.3蠕变机能

金属资料的高温蠕变由晶界的滑动以及晶内的位错攀移和滑移主导
。在高温蠕变过程中，显微组织状态是决定其蠕变机能的沉要成分:等轴状初生α相的界面较多，抗蠕变机能较差;片层状次生α相的界面较少，抗蠕变机能较好[20]
。风冷方式下锻件的初生α相体积分数与油冷锻件的初生α相体积分数相近，但油冷方式下锻件的片层状次生α相厚度幼于风冷方式，使其拥有更多的界面，因而，油冷锻件的抗蠕变机能更好
。

资料的蠕变机能反映了资料持久在恒温、恒载荷作用下抵抗缓慢塑性变形的能力
。本尝试中，随着冷却速度的加快，冷却过程中析出的片层状次生α相厚度减幼，使得Ti65合金锻件抵抗蠕变变形的能力加强
。因而，对于Ti65合金锻件，其蠕变机能与固溶冷却过程中析出的片层状次生α相厚度呈负有关关系
。

2.4悠久机能

悠久机能反映了资料在高温环境下长功夫使用时维持力学机能的能力
。由图2可知，随着冷却速度的加快，Ti65合金片层状次生α相的厚度减幼，导致初生α相和β相界面数量增多，故障位错滑移和攀移的能力增大，这使得合金在恒定应力载荷作用下必要较大的应力能力产生裂纹，同时裂纹沿晶界扩大的崎岖水平增长，亏损的能量增长，从而提高了合金的悠久机能[21]
。

以上尝试了局批注，Ti65合金锻件的悠久机能与固溶冷却过程中析出的片层状次生α相厚度呈负有关关系
。

3、结论

(1)Ti65合金锻件固溶处置时辰别以风冷和油冷方式冷却后，形成了厚度不一的片层状次生α相，显微组织均为等轴状初生α相和β转变组织组成的双态组织
。

(2) Ti65合金锻件的力学机能与其片层状次生α相厚杜仔直接关系
。随着固溶冷却速度的加快，片层状次生α相的厚度显著减幼，室温强度提高、塑性降落，650℃拉伸、蠕变和悠久机能均增大
。

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（注，原文标题：冷却方式对Ti65合金锻件组织和机能的影响_刘秀良）