钛合金在航空航天领域获得了宽泛利用，是飞机及发起机的重要结构资料之一[1-3]

。Ti65541钛合金(Ti-6Al-5V-5Mo-4Cr-1Nb)是一种新型的亚稳态β型钛合金，具备良好的力学机能和可加工性，重要用于飞机起落架、铆钉等承力结构件的造作[4-6]

。

固溶时效处置是亚稳β钛合金的重要强化伎俩[7-9]

。亚稳β钛合金构件经加工成形后往往必要经过固溶时效处置获得最终的高强韧机能[10-13]

。固溶时效工艺参数重要蕴含固溶与时效温度、保温功夫、冷却速度等，对亚稳β钛合金组织结构和力学机能拥有沉要影响

。刘运玺等[14]钻研了固溶时效对Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr亚稳β钛合金组织和力学机能的影响法规，发现固溶时效处置后显微组织由初生α相和弥散散布着大量次生α相的β转变组织组成

。赵倩等[15]对固溶时效处置Ti-5Al-3.5Fe-7Mo-4Cr合金组织和拉伸机能发展钻研，发现经过820℃0.5h固溶和440℃8h时效迪胙合金达到优良的强-塑性匹配，抗拉强度为1257MPa,屈服强度为1135MPa，伸长率为4%，较高强度重要源于第二相强化，次生α相间距较幼、α相体积分数增长和分档次尺寸结构对合金起到显著的强化成效

。郭彦霖[16]等钻研了固溶后双时效处置对 Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金组织和力学机能的影响，发现合金经300℃×8 h+500℃×8 h双时效处置后峰值硬度(HV)为4580 MPa，抗拉强度为1462 MPa以及伸长率为3.4%

。Ti-65541钛合金作为一种新型的高强韧亚稳β钛合金，目前对其钻研重要集中在高温变形行为、动态再结晶等方面[5,17]，关于该合金固溶时效组织和机能方面的钻研依然偏少

。

因而，本钻研对Ti-65541钛合金进行了分歧温度的时效处置，并对固溶时效后合金微观组织、室温拉伸机能及断裂韧度进行了测试和分析，钻研了固溶时效处置对合金组织和力学机能的影响法规，这对推动该合金工程化应器拥有沉要的意思

。

1、试验资料及步骤

试验资料为经两相区镦拔铸造的Ti-65541钛合金

。选取线切割从统一锻件上切取尺寸为 80 mm×120 mm×150 mm的试块

。先对试块进行同炉870℃保温2h后空冷的固溶处置，再别离进行520、530和540℃保温4h后空冷的时效处置，具体固溶时效工艺参数见表1

。固溶时效后沿着平行于试块长度方向，经线切割、精加工、磨削等工序造备有效工作直径为5mm、标距为25mm的尺度拉伸试样，及造备L-T向有效厚度为25mm的紧凑拉伸(CT)断裂韧度试样

。每组固溶时效工艺取3个试样进行室温拉伸机能和断裂韧度测试和分析，室温拉伸测试在AG250CNE试验机上进行，断裂韧性在QBG-150试验机上进行，选取CamScan3400型扫描电镜观察和分析钛合金显微组织和断口描摹

。

表1　固溶时效工艺参数

2、试验了局与分析

2.1　固溶时效对合金微观组织的影响

图1为Ti-65541钛合金经870℃2h固溶分歧温度时效4h后的微观组织

Ｄ芄豢闯，合金时效后原始β晶界仍清澈可见，出现出平直的三角晶界的特点

。β晶粒内部由片层状的次生α相组成，次生α相的微观描摹类似，均为藐幼片层状，且拥有较大长厚比

。次生α片层之间出现60°、90°等特定角度交错，遵Burgers取向关系

。此表，时效温度对合金次生α片层特点会产生肯定影响

。随时效温度升高，合金次生α片层厚度和α次生相含量均有所增长，这是由于合金次生α片层是在原始β相中形核和成长，在较高温度时效，会推进次生α片层成长和析出，故次生α片层厚度和α次生相含量增长

。分歧温度时效后出现的次生α片层特点差距必然会对合金力学机能产生影响

。

2.2　固溶时效对合金室温拉伸机能的影响

对870℃2h固溶再经分歧温度时效4h后合金进行室温拉伸测试，了局见表2，并凭据表2数据绘造时效温杜纂强度和塑性的关系曲线，别离见图2和图3

。从表2、图2及图3能够看出，随时效温度升高，合金抗拉强度和屈服强度降低，伸长率和断面收缩率升高

。如时效温度为520℃时，合金抗拉强度和屈服强度别离为1339 MPa和1274MPa，伸长率和断面收缩率别离为7.9%和12.1%;时效温度为530℃时，合金抗拉强度和屈服强度降落至别离为1310MPa和1249MPa，伸长率和断面收缩率升高至别离为9.1%和13.2%;升高时效温度至540℃时，合金抗拉强度和屈服强度别离降至1292MPa和1233MPa，伸长率和断面收缩率别离增至9.7%和14.2%

。时效温度对拉伸机能影响与组织观察了局是相一致的

。随时效温度升高，次生α片层厚度和α次生相含量增长，细晶强化作用减弱，且β相固溶强化成效减弱，故拉伸强度和屈服强度降低，伸长率和断面收缩率增长

。从表2、图2及图3还可看出，合金强度在520~530℃区间时较为敏感，时效温度提高10℃，抗拉强度和屈服强度别离降落了29 MPa和25MPa，而在530~540℃区间时效温度提高10℃，抗拉强度和屈服强度别离降落了18MPa和16MPa

。

表2　Ti-65541钛合金经固溶时效后的室温拉伸机能

进一步对合金拉伸断口进行微观描摹分析，了局见图4

Ｄ芄豢闯，分歧时效温度下拉伸断口描摹均由纤维区、辐射区及剪切唇区组成

。在纤维区、辐射区均可观察到大量幼刻面和韧窝，注明合金断裂机造为解理断裂与韧性断裂的混合断裂机造

。对比分歧时效温度下的纤维区和辐射区大幼(见图4a~图4c)，辐射区宽度从大到幼挨次为520℃>530℃>540℃，这也肯定水平上反映了塑性大幼挨次为540℃>530℃>520℃，与拉伸数据了局是相一致的

。此表，只管分歧时效温度下拉伸断口均存在大量韧窝，但540℃时效后断口韧窝显著比520℃时效后韧窝越发均匀、致密，注明540℃比520℃时效后的塑性更好

。

2.3　固溶时效对合金断裂韧度的影响

对870℃2h固溶再经分歧温度时效4h后合金进行断裂韧度测试，了局见表3

。凭据表3数据绘造时效温杜纂断裂韧度的关系曲线，见图5

。从表3和图5能够看出，其时效温度为520℃时，该钛合金的断裂韧度为66.7 MPa·m1/2，升高时效温度至530℃时，断裂韧度为66.8 MPa·m1/2，仅提高了0.1 MPa·m1/2，与520℃时效时根基一致;持续升高时效温度至540℃时，断裂韧度为72.2MPa·m1/2，与520℃时相比增长了8.1%

。对断裂韧度断口进行微观描摹观察，了局见图6~图8

Ｄ芄豢闯，分歧温度时效后合金裂纹源均位于加工缺口，且存在显著的河道花腔和扯破纹

。扩大区则出现出台阶状或羽舌状的解理断口描摹特点

。在瞬断区都出现显著的韧窝和解理面共存特点

。

表3　Ti-65541钛合金分歧时效热处置后的断裂韧度(MPa·m^1/2)

3、结论

(1)Ti-65541钛合金870℃2h+(520~540℃)4h固溶时效后原始β晶界清澈可见，合金组织由原始β晶粒内部门布着藐幼片层状次生α相组成;

(2)抗拉强度和屈服强度随时效温度升高而降低，伸长率和断面收缩率随时效温度升高而增长;

(3)Ti-65541钛合金强度在520℃~530℃区间时效时较为敏感，断裂机造为解理断裂与韧性断裂的混合断裂机造;

(4)断裂韧度在520℃~530℃区间时效时根基增长缓慢，但在540℃时效时显著增长;

(5)从获得优良综合力学机能思考，Ti-65541钛合金应拔取870℃2h固溶+540℃4h时效为宜，此时抗拉强度和屈服强度别离可达1292MPa和1233MPa，伸长率和断面收缩率别离可达9.7%和14.2%，断裂韧度可达72.2 MPa·m1/2

。

参考文件

[1] LU Y L, JIANG J L, WANG H, et al. Study on low fatigue damage behavior of TC17 titanium alloy with basket-weave microstructure[J]. International Journal of Fatigue, 2024, 187: 108462.

[2] ZHOU S, YU H Y, AN J L, et al. Study on fatigue crack growth behavior of the TA15 titanium alloy repaired by laser deposition[J]. Engineering Failure Analysis, 2024, 161: 108276.

[3] WANG J X, YE X W, LI Y H, et al. Effect of annealing temperature on mechanical properties of TC21 titanium alloy with multilevel lamellar microstructure[J]. Materials Science and Engineering: A, 2023, 869: 144788.

[4] 彭志伟，武川，王圆圆，等. Ti6554钛合金β相区动态再结晶元胞自动机仿照[J]. 塑性工程学报, 2025, 32(2): 163-171.

[5] 武川，刘斌，周宇杰，等. Ti6554钛合金高温变形行为与微观组织演化机造钻研[J]. 精密成形工程, 2022, 14(1): 114-125.

[6] 李鸿江，于洋，宋晓云，等. 新型Ti-6554钛合金热变形行为及热加工图[J]. 罕见金属, 2020, 44(5): 462-468.

[7] 邢浩洲，刘乐梁，刘继雄，等. 单相区短时固溶实时效处置对亚稳β钛合金组织和拉伸机能的影响[J]. 资料热处置学报, 2025, 46(6): 61-69.

[8] 肖浩，孙杨，范娟娟，等. β钛合金热处置工艺钻研进展[J]. 金属热处置, 2023, 48(11): 258-265.

[9] 刘运玺，杨毅，黄涛，等. 固溶时效处置对新型超高强钛合金组织和力学机能的影响[J]. 航空造作技术, 2023, 66(8): 93-99.

[10] GUPTA J, JHA I K, KHATIRKAR R K, et al. Effect of aging on tensile and fracture behavior of a metastable Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn β-titanium alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2024, 1004: 175803.

[11] GUO M, HUANG T, LUO T, et al. Manipulation of the α-phase precipitation behavior through dual-aging treatment and its correlation with mechanical properties in a metastable β titanium alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2024, 1005: 175891.

[12] TANG B D, CHU Y Q, ZHANG M, et al. The ω phase transformation during the low temperature aging and low rate heating process of metastable β titanium alloys[J]. Materials Chemistry and Physics, 2020, 239: 122125.

[13] MARKOVSKY P E, BONDARCHUK V I, HERASYMCHUK O M. Influence of grain size, aging conditions and tension rate on the mechanical behavior of titanium low-cost metastable beta-alloy in thermally hardened condition[J]. Materials Science and Engineering: A, 2015, 645: 150-162.

[14] 刘运玺，陈玮，李志强，等. 固溶时效对Ti-6Cr-5V-5Mo-4Al-1Nb合金组织和力学机能的影响[J]. 钛工业进展, 2019, 36(5): 23-28.

[15] 赵倩，董福宇，吴福川，等. 固溶时效对Ti-5Al-3.5Fe-7Mo-4Cr合金组织与机能的影响[J]. 金属热处置, 2024, 49(5): 100-105.

[16] 郭彦霖，罗群，王国旗，等. 双时效对Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金显微组织和力学机能的影响[J]. 罕见金属资料与工程, 2020, 49(4): 1395-1401.

[17] 孟亚飞，王庆敏，武川，等. Ti6554钛合金陆续孔型轧造过程微观组织演化和力学机能钻研[J]. 精密成形工程, 2025, 17(8): 12-24.

（注，原文标题：时效温度对Ti-65541钛合金力学机能和显微组织的影响_胡生双）