1、前 言

近年，近α型高温钛合金已成为钻研热点。国表，600℃高温钛合金钻研成就已用于航空发起机上，获得了优良使用成效。如英国的IMI834、美国的Ti－1100、俄罗斯的BT18Ｙ等高温钛合金钻研成就利用在航空发起机上后，显著地提高了发起机的机能。IMI834合金是20世纪80年代英国IMI钛公司和Roll－Ｒｏｙｃｅ公司结合开发的一种钛合金，使用温度靠近600℃，取代了喷气发起机原用的IMI685，IMI82９合金，一向用在ＥＪ200军用喷气式发起机上，还用做Ｒ－ＲＴｒｅｎｔ系列商用喷气式发起机压气盘和高压压气机涡轮盘［1－6］。

国内高温钛合金钻研也获得了沉要的进展与成就，如中国科学院金属钻研所和宝钛集团有限公司开发的Ti60钛合金、西北有色金属钻研院开发的Ti600高温钛合金。有关单元还在持续对航空发起机压气机盘和涡轮盘用高温钛合金发展深刻钻研，不休满足航空发起机对高温钛合金的要求。Ti60，Ti600［2］高温钛合金是国内钛合金钻研成就的沉要代表，拥有国际先进水平。

为满足600℃下航空发起机压气机盘所需资料的机能设计要求，发展了高温钛合金成分和显微组织的钻研。在合金成分（Ti－Al－Sn－Zr－Mo－Nb－Ta－Si系）确定的前提下，通过对合金铸造和热处置工艺的钻研，节造合金的α2强化相和硅化物相的成形状态和数量，使该合金的环材组织为双态组织，从而保障该合金拥有优良的综合机能，以期该合金环材在航空发起机压气机盘上得到利用。

2、尝试

尝试选取宝钛集团有限公司真空自耗炉熔炼的4t工业铸锭，其ɑ＋β/β相转变温度为1045℃。

铸锭经β相区开坯成棒坯，棒坯下料后在β相区和ɑ＋β两相区选取多火次铸造工艺，铸造出?460／?220ｍｍ×160ｍｍ的环材，环材经双沉退火后切取试样，别离进行拉伸、热不变、蠕变、断裂韧性和显微组织等项目检测。拉伸试验在德国的Ｚｗｉｃｋ全能试验机上进行，其中热不变性试样必要在600℃进行100ｈ的热露出
；利用ＺｅｉｓｓＡｘｉｏｖｅｒｔ200ＭＡＴ金相显微镜观察热处置前后的金相显微组织，利用扫描电镜和透射电镜查抄强化相α2和硅化物
；在ＳＡＮＳ－ＧＷＴ105高温蠕变悠久试验机上进行蠕变及悠久尝试，蠕变试验前提为600℃／160Mpa／100ｈ，悠久试验前提为600℃／310MPa
；断裂韧性试验选取紧凑拉伸试样，在ＭＴＳ810资料试验机上进行。

3、了局及会商

3.1　显微组织

环材在α＋β两相区铸造后分歧部位的锻态金相显微组织见图1。从图中已经观察不到原始β晶界，初生α相呈等轴状或椭球状，长条状初生α相较少。

由于环材在α＋β两相区变形量较大，长条状的陆续晶界α相被充分破碎，保障了环材的室温塑性和热不变性
；凡姆制绮课坏亩吞橹罹嗖淮，环材表缘和内缘初生α相的状态固然有些差距，但数量却相差不大（见图1ａ和图1ｃ），注明内表缘的变形温度和冷却速度均相差不大。但因热加工变形量的均匀性存在差距，表缘处变形均匀，初生α相称轴化水平较好（大幼均一且散布均匀），并且环材内表处变形均匀性和冷却前提相对不一致，导致初生α相称轴化水平和体积稍有差距
；环材1／2Ｒ处由于冷却速度较慢、热加工时变形更均匀，因而初生α相的比例更大、等轴化水平更好一些。

图1　环材的锻态显微组织：（ａ）表缘
；（ｂ）1／2Ｒ处
；（ｃ）内缘

Ｆｉｇ.1。停椋悖颍铮螅簦颍酰悖簦酰颍澹螅铮妫妫铮颍纾澹洌颍椋睿纾海ǎ幔铮酰鬝iｄｅ
；（ｂ）1／2ｒａｄｉｕｓ
；（ｃ）ｉｎSiｄｅ

环材经过双沉退火热处置后的显微组织见图2。 从图2中能够看到，α＋β两相区热加工的环材，经过双沉退火热处置后环材为较均匀的双态组织。与锻态组织相比，其初生α相含量显著削减，其等轴初生α相体积分数削减为25％～30％，且环材各个方向组织越发均匀一致。

图2　环材经双沉退火热处置后的显微组织：（ａ）弦向
；（ｂ）径向
；（ｃ）轴向

Ｆｉｇ.2。停椋悖颍铮螅簦颍酰悖簦酰颍澹铮鎀i60ｒｉｎｇａｆｔｅｒｄｕｐｌｅｘｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ：（ａ）ｃｈｏｒｄｗｉｓｅ
；（ｂ）ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃTiｏｎ
；（ｃ）ａｘｉａｌｄｉｒｅｃTiｏｎ

3.2　硅化物和α2强化相

为了提高热强性，Ti60钛合金中参与了较高含量的Si。通过透射电镜观察，发现合金中有硅化物析出（见图3）［3］。由于Si在β钛中的溶化度大大超过在α钛中的溶化度，硅化物陪伴着β钛向α钛的转变而析出，析出地位是在α／β相界面左近和残存β相中，多以线形分列。而在α钛中，硅化物析出量很少。

图3　Ti60合金中析出的硅化物：（ａ）明场像
；（ｂ）暗场像

Ｆｉｇ.3。裕牛停恚椋悖颍铮纾颍幔穑瑁螅铮鍿iｌｉｃｉｄｅｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｉｎTi－60ａｌｌｏｙ：（ａ）ｂｒｉｇｈｔｆｉｅｌｄ
；（ｂ）ｄａｒｋｆｉｅｌｄ

Si对高温钛合金的机能影响有两个方面。一方面是Si固溶于基体内，容易荟萃成气团，对位错活动起到强烈的故障作用，从而起到固溶强化的作用。当位错活动时，气团落后于位错，对位错起到钉扎作用，因而能够提高蠕变抗力。另一方面，Si以硅化物的大局析出，也能够故障位错活动，起到沉淀强化的作用。但硅化物析出过多，会导致基体内固溶的Si元素削减，从而降低蠕变抗力。有钻研批注［5］，Si的增长量超过0.35％即可达到较好的高温蠕变机能。因而，在较高Si含量的高温钛合金中，适当节造硅化物藐幼弥散析出，可起到颗粒强化作用，强化晶界和相界，从而提高合金的蠕变机能和其它综合性。

Ti60为高铝当量高温钛合金，透射电镜观察发现有α2强化相（见图4）。α2相的高温强度远高于α相，使得利用α2相强化合金成为可能，但α2相也有脆化作用，这种作用与α2相的含量、尺寸、状态和散布有关。通过工艺身分节造α2相含量将实现高温蠕变机能和室温拉伸塑性及热不变性的最佳匹配。

图4。00℃时效热处置后初生α相中析出的α2相

Ｆｉｇ.4。校颍澹悖椋穑椋簦酺iｏｎｏｆα2ｐｈａｓｅｉｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙαｐｈａｓｅａｆｔｅｒａｇｅｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔａｔ７00℃

3.3　拉伸、热不变、蠕变和断裂机能

Ti60合金的室和善600℃拉伸、热不变性、蠕变和断裂机能如表1、表2所示。

从表1和表2能够看出：Ti60高温钛合金拥有较好的综合机能，它的室温拉伸机能、高温拉伸机能、蠕变机能及断裂韧性等均与IMI834合金相当。

4、结论

（1）通过铸锭在β相区铸造开坯和在α＋β两相区多火次铸造成环材及环材经双沉退火的热处置工艺，可有效节造α2强化相和硅化物状态与数量，获得的环材金相组织为典型的双态组织。

（2）Ti60高温钛合金拥有优良的室温拉伸、高温拉伸、热不变性、蠕变和断裂韧性等综合机能，其重要机能与英国的IMI834合金相当，适合作为600℃前提下使用的航空发起机压气机盘、叶片等构件的候选资料。

参考文件

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