600℃高温钛合金是高推沉比航空发起机压气机盘和叶片等沉要部件必须的关键高温结构资料
，目前国内表已研发出IMI834、Ti-1100、BT18y、Ti60、Ti60A等Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金[1-3]
。高温钛合金经600℃左右恒温长时热露出后力学机能变动是传统意思上调查其服役安全性的沉要参考之一
。近年来
，也有很多关于高温钛合金在恒高温长时热露出后组织和机能变动的有关报路[4-10]
。但现实上高温钛合金是在最高达600℃的复杂凹凸温循环作用下持久服役
，因而通过凹凸温循环热露出调查合金的力学机能曲直
，更靠近现实服役前提也更合理
。迄今循环热露出对高温钛合金组织及力学机能的影响罕见报路
。

激光溶解沉积造作(LaserMeltingDepositionManufacturing)技术通过激光溶解/急剧凝固逐层沉积“成长造作”
，由零件CAD模型一步实现致密、高机能钛合金零件的“近净成形造作”
。该技术为发起机整体叶盘、叶片等钛合金复杂零件的低成本、短周期、近净成形造作提供了一条新蹊径[11-14]
。本钻研选用激光沉积Ti60A高温钛合金对其进行循环热露出和传统恒温热露出对比
，重要钻研这2种热露出对合金组织和力学机能影响的异同
，为提高高温钛合金持久服役安全性提供有益参考
。

1、尝试

选取真空等离子旋转电极雾化Ti60A钛合金球形粉为原料
，粉末粒度50~100μm
，名义成分为Ti5.54Al3.88Sn3.34Zr0.37Mo0.46Si(质量分数,%)
。激光溶解沉积成形系统重要由YLS-4000型光纤激光器、送粉器、数控系统、氩气；た掌芙獬粱涞茸槌
。工艺参数为：激光束功率4~6kW、光斑直径为5~6mm、扫描速度800~1200mm/min、送粉速度700~1000g/h、高纯氩气成形腔内空气氧含量幼于70?L/L
，沉积基板为TA0钛合金板
，激光沉积Ti60A合金厚壁板试验料尺寸为300mm×40mm×200mm
。金相法测得激光沉积Ti60A高温钛合金β转变点为(1055±5)℃
。激光沉积Ti60A合金板材经750℃保温1h去应力退火处置
，称之为“激光沉积态”
。

将激光沉积态Ti60A合金线切割获得Φ15mm×80mm的圆棒试样并精加工为工作直径5mm
，标距25mm的尺度拉伸试样以进行力学机能测试
。恒温热露出是将激光沉积态尺度拉伸试样放入箱式电炉600℃保温100h后空冷再进行室温拉伸机能测试
。循环热露出是使用红表循环加热和压缩空冷设备
，在拉伸试样标距中央15mm领域内进行
，单个循环蕴含120s升温过程
，最高温度600℃
，60s降温过程
，最低温度150℃
。循环热露出总功夫100h后再进行室温拉伸
。以上3种合金状态均取一样前提的3个试样进行测试并对测试了局取均匀值
。选取CamScan3400型扫描电子显微镜观察合金显微组织及断口描摹
。从断口表表向下5mm处切取平行于断面的0.5mm厚的幼薄片以造备透射试样
。选取带有能谱分析的JEOL-2100F型透射电镜观察合金中位错和析出相的散布
，检测析出相成分
，电子衍射分析其晶体结构
。

2、尝试了局

2.1热露出对激光沉积Ti60A高温钛合金显微组织影响

激光沉积Ti60A合金拥有均匀散布的藐幼网篮组织
，α片层宽1.5~4μm
，长4~16μm
，α相体积分数约78%
，片层集束取向随机多样（图1a）
，在α相内散布着复杂位错网络结构（图1b）
。激光沉积态合金的藐幼网篮组织特点与激光成形工艺过程亲昵有关
。在Ti60A合金板材成形过程中熔池凝固冷却速度极度高
，晶粒内α相大量形核
，β→α相长大功夫变短
，得到多种取向且互订交错的α/β藐幼网篮组织
。从图1b可见
，α相内散布大量位错
，这些位错网络塞积一端在α/β相界面处
，另一端在α相内某些钉扎点或另一侧的α/β相界面处
，可见α/β相界对位错活动有肯定的故障作用
。

图2为激光沉积态Ti60A合金经恒温热露出后的显微组织及位错和析出相的散布
。合金经600℃恒温100h热露出后α片层粗化
，α片层宽2~6μm
，长10~25μm（图2a）
，合金内多条位错线缠结的硅化物散布在α相内和α/β相界面处
，硅化物析出相尺寸约150nm
，呈椭球形
，如图2b箭头所示
。

图3为激光沉积态Ti60A合金经循环热露出后的显微组织及位错和析出相的散布
。对比图3a和图2a可见
，经恒温热露出和循环热露出后合金组织均产生粗化
，分歧的是循环热露出后β相破碎
，体积分数削减
，α相宽4~10μm
，体积分数从78%增长到90%（图3a）
。

对比图3b和2b可见
，循环热露出后合金α/β相界面处也析出约100nm的椭球形硅化物
。

图4为激光沉积Ti60A合金经2种热露出后藐幼有序析出相照片
，颗粒尺寸<20nm
，即便在透射电镜下也难以观察明显
。经恒温热露出和循环热露出过程后合金都有对应的典型超点阵衍射黑点（图4b）
。凭据已有钻研批注
，这些超点阵黑点即为与基体α相共格的Ti3Al有序相
。

经透射电镜观察及能谱分析
，恒温热露出和循环热露出后合金内析出的硅化物的均匀原子百分比为Ti54.3Zr17.2Si28.5,即(TiZr0.3)6Si3(图5a)
。凭据硅化物的衍射花腔
，电子衍射分析了局为六方结构的S2型硅化物(图5b)
。尝试测得硅化物的成分和S2型硅化物的梦想原子配比(TiZr)6Si3略有误差
。通过透射观察硅化物呈椭球状
，这和有关的钻研了局是一致的[15]
。

2.2热露出对激光沉积Ti60A高温钛合金力学机能影响

图6为激光沉积Ti60A合金经分歧方式热露出前后的均匀室温拉伸机能数据
。激光沉积态Ti60A合金的藐幼网篮组织使其拥有较好的综合室温拉伸机能
。恒温热露出后试样的抗拉强度(UTS)和屈服强度(YS)较激光沉积态有所降落
，伸长率(EL)和断面收缩率(ZA)降落70%
，循环热露出后强度降低20%
，塑性险些齐全失落

？杉
，循环热露出对合金力学机能影响更大
。

2.3热露出对激光沉积Ti60A高温钛合金断口描摹的影响

图7为激光沉积Ti60A合金热露出前后的拉伸断口描摹
。由图7a
，7b可见
，激光沉积态试样宏观断口升沉较大
，微观断口有大量韧窝散布
，属于韧性断裂
。

由图7c
，7d可见
，恒温热露出试样宏观断口较平坦
，存在清澈的向表发散的纹路
，微观断口可观察到大量与组织中α相片层宽度相当的断裂幼平面
，并出现扯破棱
，未见韧窝
。对比图7e
，7f
，循环热露出试样宏观断口更平坦
，存在向表发散的纹路
，从微观断口可观察到解理幼平面和大量的与组织中粗化的α相片层对应的大块断裂平面
，属于脆性断口

？杉
，断裂重要沿粗壮α相片层进行
，呈梯田状描摹
，部门大块剥离脱落
，这与合金循环热露出后组织特点的变动亲昵有关
。

3、会商

恒温热露出和循环热露出对激光沉积Ti60A合金的影响重要表此刻：Ti3Al藐幼有序相和硅化物的析出
，α相粗化及体积分数增大
，室温拉伸机能的降落
。钛合金含有0.1%~0.5%的硅
，在时效或热露出过程中
，硅化物和Ti3Al相往往同时析出
，使其室温塑性大幅降低
。一种概想以为
，钛合金在时效或热露出后的塑性降落齐满是Ti3Al相析出所致
。Donlon等[4]和崔文芳等[5]测试了Ti1100和IMI834合金在450~750℃区间长时热露出后的拉伸塑性
，发此刻Ti3Al相析出最强烈的温度600℃左右合金的塑性最差
，而在750℃露出后
，只管硅化物已长大至600℃露出时的2~3倍
，但由于Ti3Al相的溶化而使合金塑性靠近露出前的水平
。另一种概想则以为硅化物析出是合金塑性降落的重要原因
，当硅化物颗粒被切过后
，位错塞积长度增长
，塞积顶端应力增大
，滑移容易集中在这一滑移面上
，导致应力集中
，使合金塑性失落[9]
。Madsen等[16]以为Ti1100合金在时效后屈服强度的升高是Ti3Al相析出造成的
，而其室温塑性的降低是Ti3Al和硅化物共同作用的了局
。

本钻研通过一样总功夫的恒温热露出和循环热露出对比钻研批注
，激光沉积Ti60A合金在这2种热露出后均有藐幼的Ti3Al共格有序相析出
，且在α相内和α/β相界面处均析出六方结构的S2型椭球状硅化物
，原子配比可能为(TiZr0.3)6Si3
，尺寸100~150nm

？杉
，这2种分歧的热露出方式后合金内部Ti3Al和硅化物的析出情况无显著差距
，因而它们对合金力学机能的影响也是根基一致的
。而尝试了局批注
，循环热露出后力学机能降落更显著
，这跟循环热露出和恒温热露出的性质区别有关
。

循环热露出和恒温热露出的底子区别是合金在凹凸温循环热露出过程中合金内部产生扰爪力
，即循环扰爪力和高温热露出的交互作用使其组织产生了分歧于恒温热露出的显著变动
，而显著影响力学机能
。合金在循环热露出过程中形成扰爪力梯度
。若是合金内部存在应力梯度
，应力就会提供原子扩散的驱动力
，即便溶质散布均匀
，也能出现化学扩散景象[17]
。据此揣摩激光沉积Ti60A合金在循环热露出过程中形成的扰爪力梯度推进α相不变元素氧的扩散
，使β相产生分化破碎而形成更不变的富氧α相
，α相不仅粗化且体积分数显著增长（图3a）
。有关报路中以为富氧粗化的α片层塑性差
，受力时容易导致表表开裂[18]
。图8为激光沉积Ti60A合金热露出前后试样表表组织描摹
。相比激光沉积态（图8a）
，可见恒温热露出后表层出现略有粗化的长条状α相（图8b）
，而循环热露出后表层出现条块状粗化的α相（图8c）
。循环热露出后的试样在室温拉伸时阐发为沿表表粗壮条块α片层起裂
，微观断口呈梯田状描摹扩大扯破甚至剥离脱落（图7e,7f）
，塑性险些失落（图6b）
。

综上所述
，恒温热露出和循环热露出对激光沉积Ti60A合金组织和力学机能影响一样之处是Ti3Al有序相和六方结构S2型硅化物的析出情况无显著差距
。分歧之处在于凹凸温循环过程产生的扰爪力梯度推进形成更高体积分数的α相
，在其内部产生氧的过鼓和间隙固溶强化
，引起力学机能的显著降落
，尤其是塑性险些失落
，这是合金循环热露出后的沉要变动

？杉
，高温钛合金在凹凸温循环的现实服役过程中产生的循环扰爪力和高温热露出的交互作用对合金组织和力学机能的影响较大
，值得进一步深刻钻研
。

4、结论

1)激光沉积Ti60A合金600℃,100h恒温热露出后α相体积分数略有增大
，α片层略有粗化；150~600℃循环热露出100h后β相体积分数显著减幼
，α相体积分数增长约12%
，且粗化呈条块状
。这2种热露出后合金内均析出藐幼共格有序相Ti3Al和100~150nm椭球状的六方S2型硅化物(TiZr0.3)6Si3
。

2)激光沉积Ti60A合金拥有优良的室温拉伸机能；恒温热露出后
，强度降低7%
，塑性降低70%；循环热露出后强度降低20%
，塑性险些失落
。

3)循环热露出过程中循环扰爪力作用推进α不变元素氧的渗入扩散而形成更多的粗化α相
，导致力学机能的显著降落
，塑性失落
。

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