引言

钛合金拥有低密度、高比强度、耐侵蚀、耐高温蹬着点，被称为“太空金属”，并作为一种新型结构资料被宽泛用于航空航天领域。随着航空工业的飞速发展，飞行器飞行速度的不休提高，航程不休增大，对钛合金使用机能及工作温度的要求越来越高。为满足新型飞机的设计要求，世界列国竞相研造工作温度达600℃及以上的高温钛合金。近α型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金是近年来高温钛合金的钻研热点。在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金基础上增长β不变元素Nb，能够起到多元强化成效，同时Nb元素还能够提高合金的抗氧化性和抗侵蚀机能。目前，投入使用的高温钛合金有英国的IMI834合金、美国的Ti-1100合金和俄罗斯的BT18Y合金等。我国自主研发的高温钛合金有Ti-55、Ti60、Ti600等。

多所周知，资料的成分、微观组织结构决定其综合机能。当合金成分肯定，热加工工艺确定后，通过热处置能够改善合金的综合力学机能和加工机能，从而满足加工和使用要求。因而，在钛合金加工中，热处置工艺是一路必不成少的工序。目前，国内表对高温钛合金的钻研不仅有合金的造备、热加工成形工艺及高温塑性变形对组织和力学机能的影响等，在高温钛合金热处置方面的钻研也有不少报路。Madsen等钻研了时效处置对Ti-4100合金室温及高温拉伸机能及委顿机能的影响，批注时效处置能够使合金的室和善高温屈服强度升高而塑性降低。Kumar等钻研了时效处置对IMI834钛合金低周委顿机能的影响，发现时效处置睬严沉降低IMI834钛合金的低周委顿机能。贾蔚菊等钻研了时效功夫对Ti60合金的组织及机能的影响，钻研批注随着时效功夫的耽搁，合金强度变动不大，而塑性却显著降落。

在IMI834钛合金基础上，宝钛集团和中国科学院金属所结合研造了大规格Ti150合金棒材，其使用温度达到600℃。本钻研对Φ230mmTi150合金棒材进行分歧温度的固溶时效处置，钻研固溶温度对其显微组织及力学机能的影响，以期为该合金热处置工艺参数的造订提供参考。

1、尝试

尝试所用资料为经过3次真空自耗电弧炉熔炼的Φ700mmTi150合金铸锭，其名义成分为Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。经金相法测得该合金相变点为1040℃。铸锭经β相区开坯铸造，在α+β相区终铸造得Φ230mm大规格棒材。在Ti150合金棒材上切取厚度为20mm的样片，搁置在箱式电阻炉内进固溶时效处置。以该台金的相变点为参考，确定其固溶温度别离为990、1000、1010、1020、1030℃，保温2h后选取油冷方式冷却[OQ]。固溶后进行700℃x2h/AC时效处置。

试样经固溶时效处置后，依照国标加工成尺度拉伸试样和蠕变试样，选取CMT-5105电子全能资料试验机和RDW30100电子悠久蠕变机进行机能检测。每种热处置造度下获得的室温及高温[600℃]拉伸机能数据均为3个拉伸试样测试值的均匀值，蠕变机能为2个蠕变试样测试值的均匀值。利用Ax-iovert200MAT光学显微镜和定量金相步骤分析Ti150合金棒材在分歧热处置造度下的组织描摹及初生α相含量。

2、了局与分析

2.1固溶温度对显微组织的影响

图1为Ti150合金棒材在分歧固溶温度下经固溶时效处置后的金相显微组织。由图1能够看出，经990℃固溶+700℃时效处置后，Ti150合金棒材的组织与锻态组织根基类似，均为等轴组织，在β转变组织上散布着大量的初生a相，含量约占70%。随着固溶温度的升高，合金的显微组织描摹及初生a相含量产生显著变动。当固溶温度达到1000℃时，组织过渡到双态组织，初生a相含量降为40%，在β转变组织基体上，散布着互不相连的等轴初生a相以及针状或片层状次生a相，初生a相尺寸约为30~40μm。次生a相是由过鼓和固溶体分化而形成，次生a相优先在β晶界处析出，其次从晶粒内部缺点处析出。次生a相呈针状或片层状是其择优成长的了局。在垂直密排面方向上，原子间距大，不易于扩散，成长速度较慢;在平行密排面方向上，成长则较快，所以在二维照片上观察出现针状或者片层状-。随着固溶温度的升高，产生a→β转变，初生等轴a相含量不休降低，针状次生a相析出逐步增多，且初生a相尺寸逐步减幼。当固溶温度达到1010℃时，初生a相含量降低到30%，尺寸缩幼至约20~25μm。当固溶温度升高到1020℃时，片层状次生a相厚度增长[图1e]，且有显著长大趋向;当固溶温度靠近相变点温度时，等轴初生a相含量极低[图1f]，由此注明等轴初生a相含量在相变点左近对温度较为敏感，次生a相长而平直，且长度近乎为1020℃固溶处置的1.5倍。固溶温度越高，原子扩散速度越快，β相内的元素散布越均匀，在冷却过程中，产生β→a转变，沿晶界富集的a相不变元素推进β相向a相转变。固溶温度升高，不仅增长了元素的固溶度，便于均匀形核，并且增大了β相和α相的自由能差，相变驱动力增大，从而推进了次生a相优先在晶界析出，其次在晶内析出，因而晶粒尺寸逐步长大[9-10]。

2.2固溶温度对力学机能的影响

Ti150合金棒材通过分歧温度固溶处置后，其室和善高温拉伸机能变动如图2所示。由图2可知，随着固溶温杜咨990℃升高到1030℃，合金的室温强度、高温强度变动显著。在990℃固溶+时效后，室温强度和高温强度均最低，但其塑性较好，这与其组织特点相匹配。在室温下，位错起重要强化作用，固溶温度低，提供的相变驱动力幼，析出的次生α相含量少，其强化作用弱;且固溶温度越低，等轴初生α相含量越多，晶粒尺寸越藐幼，越有利于分歧晶粒内的滑移系开动，弥散散布的α相协调变形，因而其塑性好。当固溶温度达到1000℃时，其室温、高温强度均达到最高，室温抗拉强度和屈服强度别离为1077、957MPa;其高温抗拉强度达702MPa,屈服强度为555MPa。随着固溶温杜咨1000℃升高到1020℃，合金的室温强度略有降低，断后伸长率提高。当固溶温度达到1030℃，强度和塑性骤降，断后伸长率降低至8.3%，断面收缩率为14.5%。由于固溶温度为1030℃时，靠近相变点，等轴初生α相含量极少，次生α相长大，晶界α相粗化，使得该处应力集中，容易萌发裂纹，造成断裂，合金强度和塑性较低。大尺寸初生α相改善塑性，幼尺寸针状次生α相改善强度，肯定数量的初生α相和针状次生α彼此相共同，使合金的强塑性达到最佳匹配。

随着固溶温杜咨990℃升高到1020℃时，Ti150合金棒材高温强度出现先升高后降低再升高的趋向，并在1020℃时强塑性达到最佳匹配。这是由于随着固溶温度的升高，初生α相含量降低，次生α相增多且厚度尺寸增大，而次生α相尺寸增大有利于提升高温拉伸强度l(9)?10J.

2.3固溶温度对蠕变机能的影响

图3为Ti150合金棒材在600°C,加载应力别离为150、160MPa，保载功夫100h前提下的蠕变塑性伸长率随固溶温度的变动曲线。由图3能够看出，随着固溶温度的升高，Ti150合金棒材的蠕变塑性伸长率降低，抗蠕变机能提高，这与其显微组织变动亲昵有关。钻研发现，合金的抗蠕变行为重要是由晶界的滑动以及晶内位错的滑移和攀移2部门组成。资料的抗蠕变机能与组织中等轴a相和片层a相的相对含量有关，片层a相比等轴a相拥有更好的蠕变抗力。由前面的分析可知，Ti150合金棒材在两相区固溶时效处置后产生由等轴组织向双态组织转变的过程，随着固溶温度的升高，初生等轴α相削减，次生针状或片层状a相增多，且次生a相长大，不利于晶界滑动，因而其抗蠕变机能提高。当固溶温度为1020℃时，次生a相长而平直，且片层厚度增长，其中个别次生a相的取向平行于载荷方向，会有部门晶界接受较高的剪切应力，因而其蠕变机能好。当固溶温杜咨1020°C升高到1030℃，其抗蠕变机能仍在升高，但变动不大，蠕变塑性伸长率仅相差0.01%。

综合来看，Ti150合金棒材经过1020℃x2h/OQ+700℃2h/AC固溶时效处置后的综合力学机能最佳。

3、结论

[1]Ti150合金棒材随固溶温度的升高，等轴初生α相含量逐步削减，次生α相含量逐步增多。

[2]随着固溶温度的升高，Ti150合金棒材室温拉伸强度、高温拉伸强度的变动显著，在  1 020   °C固溶温度下的强塑性达到最佳匹配。

[3] Ti150合金棒材经990~1 030℃固溶+时效处置，其抗蠕变机能随固溶温度的升高而升高。

[4] Ti150合金棒材经过1020℃x2h/OQ+700℃x2h/AC固溶时效处置后的综合力学机能最佳。

参考文件

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（注，原文标题：固溶温度对Ti150合金棒材组织及力学机能的影响）