钛合金与钢和铝合金相比，是一种新型的结构资料，以其高的比强度融洽的抗侵蚀机能而宽泛利用于航空航天领域。随着航空航天技术的不休发展，作为发起机压气机转子和叶片沉要候选资料的高温钛合金愈来愈受到人们的器沉[1?2]。目前，高温钛合金的开发重要是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金，由于合金中含有较少的β不变元素，故称其为近α合金[3]。这类高温钛合金多数含有Si元素，好比美国的Ti?6242S、Ti?1100[4]合金，英国的IMI834[5]合金，俄罗斯的BT36[6]合金，中国的Ti60[7]、Ti600[8]合金等。Ti60合金是在IMI834合金基础上提高Si元素含量，增添Ta元素设计而成的一种新型的近α型高温钛合金，它是先进航空发起机中高温部件的候选资料[9]。

由Ti-Al二元相图可知[10?11]，硅在β钛中最大固溶度约为3.0%，呈此刻1340℃，硅在α钛中的最大固溶度为0.45%，呈此刻860℃，并且在此温度下产生共析转变：β→α＋Ti3Si，其共析点固溶度为0.68%。硅元素在β钛和α钛中固溶度的较大差距是导致随后热处置过程中硅元素存在状态分歧的一个沉要原因，这两种存在状态对合金力学机能将会产生分歧的影响。MADSEN和GHONEM[12]钻研了时效处置对Ti?1100合金室温及高温拉伸机能及委顿机能的影响，了局批注，Ti?1100合金在预期使用温度593℃下，有TiAl和(TiZr)6Si3两种类型的析出物析出。时效均能使合金的室和善高温屈服强度升高而塑性降低，并且合金的室温塑性降低的更显著。KUMAR等[13]钻研了时效对IMI834合金低周委顿机能的影响，发现与未经过期效处置的试样相比，经过(700℃,2h)时效的试样中有Ti3Al相析出，从而严沉降低了IMI834合金的低周委顿机能。

硅在Ti60合金中以两种方式存在，一种是硅固溶在基体中，另一种是以硅化物的状态析出。另表，Ti60合金为近α型合金，铝含量较高。钻研批注，铝质量分数大于6%迪胙合金，在肯定热处置规范下，城市在固溶体内产生有序化，析出α2有序相。从前α2相通常被以为是对钛合金有脆化作用的有害相，高温钛合金中应预防α2相的析出[14]。但近年来的钻研批注，α＋α2合金的塑职能够通过某些元素的增长而得到改善。

IMI834高温钛合金等已经允许α2相的析出，并显著改善了蠕变机能，而又不大侵害塑性[15]。由于Ti60合金拥有以上的特点，因而能够通过节造合金组织内的硅的存在状态、体积分数及散布状态，以及α2相的几多等来满足分歧的机能要求。因而，本文作者钻研热处置造度对Ti60合金组织及机能的影响，以确定相宜的相处置工艺参数。

1、尝试

尝试用原资料是由宝钛集团提供的d120mm的棒材，经反复镦拔后其高倍组织如图1所示。由图1可见，合金组织由等轴初生α相和β转变组织组成，初生α相含量约莫为40%左右，散布比力均匀，是典型的等轴组织。本钻研选取金相法测得该合金的相变点为1050℃。

热处置试验在箱式电炉中进行，选取的热处置造度如表1所列。合金经过热处置后，选取线切割切取标距有效长度为25mm，工作直径为d5mm的尺度拉伸试样。每种状态下获得的室温拉伸机能数据均为3个拉伸试样的均匀值。为了观察分歧热处置造度对合金组织的影响，选取透射电子显微镜(TEM)观察了Ti60合金分歧热处置造度下的组织描摹。TEM薄膜试样是用线切割切取厚度0.5mm左右的薄片，而后用砂纸磨至40?m厚，最后选取双喷电解穿孔。

2、了局与分析

2.1热处置对Ti60合金组织的影响

图2所示为Ti60合金经过(1015℃,2h)固溶处置后的TEM像。从图2(a)能够看到陆续的残存β相，在α相内部存在大量的位错，同时在晶界左近能够观察到大量的位错墙及塞积位错，在α/β相界面上没有第二相析出。从图2(b)能够明显的看到规定的等轴初生α晶粒及三叉晶界，晶界平直且无析出物，晶界周围塞积了大量位错，由此可见，晶界和α/β相界对位错的活动有肯定的故障作用。

图3所示为Ti60合金经过(1015℃,2h)固溶、(700℃,2h)时效后的TEM像。从图3中能够很明显地看到呈椭球状的硅化物沿晶界析出，电子衍射分析批注其为六方结构的S2型硅化物，即(Ti,Zr)6Si3。有钻研批注[15]，在TEM下观察，S1型硅化物呈棒状，S2型硅化物呈椭球状，这也从另一侧面讲了然硅化物为S2类型。

图4所示为耽搁时效功夫至24h的Ti60合金的TEM像。由图4可见，组织中有大量的硅化物析出，与时效2h试样中的硅化物相比，尺寸有所增大，数量有所增多。但与2h的时效分歧的是，经24h长功夫时效后，在TEM下观察到合金内部板条α内析出大量藐幼的颗粒，电子衍射斑显示其为超点阵结构，凭据已有钻研批注应为α2有序相。从图4(b)中能够看到，相界面上析出的硅化物与α板条内析出的藐幼α2相共存。

2.2时效功夫对Ti60合金拉伸机能的影响

时效功夫的耽搁往往会导致资料屈服强度升高，塑性降低。通过期效来提高强度的同时，要两全资料的塑性，不能使其降低到不成接受的水平。为了钻研分歧时效功夫对合金机能的影响，本钻研别离设计了8、16和24h时效造度。图5所示为合金经过分歧功夫时效后的拉伸机能。从图5中能够看出，随着时效功夫的耽搁，合金强度变动不大，但塑性显著降低。说了然Ti60合金时效强化是有限度的，长功夫时效后其强度不只不会增长，而其塑性却会降落。结合上文所观察的合金组织内部的变动，能够以为导致这种景象的原因与合金内部第二相的析出有关。

3、会商

固溶时效处置是钛合金中常用的一种热处置造度。所谓固溶，即在高温保温过程中，使合金元素固溶到基体中，而后在快冷过程中产生非平衡转变，形成过鼓和固溶体，在随后的时效过程中使过鼓和度减弱，析出第二相[16]。这时能够通过调整时效温度及保温功夫，使得第二相以对机能最有利的方式析出。在本试验了局中发现，只经过固溶处置的试样中没有第二相的析出，只能观察到大量的位错塞积在晶界左近，如图2所示，注明硅元素齐全固溶在基体中，形成了过鼓和的固溶体，同时合金中也存储了肯定的能量，达到了固溶的主张。而储茂友等[17]在对BT25y高温钛合金的钻研中发现，合金在固溶处置状态下就有硅化物的析出，罗媛媛等[18]在对Ti-B19钛合金的钻研中也发现了同样的了局，他们以为这可能是在熔铸阶段形成的硅化物，在铸造和固溶处置过程中未齐全溶化而保留下来了。

将固溶后的试样在700℃时效2h后，观察到有藐幼的硅化物在α/β界面析出，如图3所示，而时效24h后，硅化物的析出不再局限在α/β界面析出，在初生α相内和α板条内都有析出，且呈线型分列，并且硅化物颗粒显著增大，纵横比减幼，趋向于呈球形。

这与在IMI834和Ti?1100中观察到的景象是一致的。在时效24h的试样中，发现有大量的有序α2相的析出，析出的颗粒极度幼但散布比力均匀。由Ti-Al二元相图可知，钛与铝在肯定成分领域内可能形成低级固溶体，当铝含量达到临界固溶度时，无序固溶体的密排六角结构的对称性产生变动，Ti3Al有序相即α2相就起头析出。当合金中的铝含量充分高以至于靠近Ti3Al的梦想原子配比时，有序相的析出仅靠原子的沉新分列就能够实现，对于α钛合金及近α钛合金而言，其铝含量达不到梦想配比，这样α2相的析出将依赖于原子的扩散。对Ti60合金而言，显然其合金成吩飓离梦想的Ti3Al成分，α2相的析出是依附原子扩散来实现的。本次试验中，时效2h的试样中没有观察到α2相的析出，这可能是由于时效功夫太短而使α2相没来得及析出，或是析出的量很少而没有检测到，而将时效功夫耽搁至24h，就显著地观察到了α2相的析出。

钛合金中含有0.1%~0.5%的合金元素硅，在时效或热露出过程中，硅化物和α2相往往同时析出，使其室温塑性大幅度降低。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α2相析出所致。

DONLON等[19]和崔文芳等[20]测试了Ti?1100和IMI834合金在450~750℃区间长功夫露出后的拉伸塑性，发此刻α2相析出最强烈的温度600℃左右合金的塑性为最低值，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α2相的溶化而使合金塑性靠近露出前的水平。MADSEN和GHONEM[21]以为Ti?1100合金在时效后屈服强度的升高是由于α2相析出造成的。而Ti?1100合金时效后的室温塑性的降低是α2相和硅化物共同作用的了局，但在仅有硅化物时则阐发出较好的室温塑性，同时指出α2相的析出是导致合金高温塑性降低的唯一原因。

另一种概想则以为硅化物是引起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，塞积顶端处应力增大，滑移容易集中在这一滑移面上，导致应变高度集中，从而导致合金塑性失落。另一说法是晶界硅化物的存在使合金临界空位形核应变降低，基面滑移带切过硅化物会使硅化物开裂或形成浮泛，这些浮泛相互衔接导致脆性开裂[22]。本文作者对Ti60合金的析出相与合金机能的钻研批注，合金经(700℃,2h)时效后，组织内部在α/β相界面处有少量藐幼的硅化物析出，试样中没有观察到α2相的析出，如图3所示。由于时效功夫较短，硅化物析出的数量少且尺寸幼，这样大量的硅固溶在基体中，起到弥散强化作用。少量的硅化物也可对晶界或相界起到肯定的强化作用，不会引起显著的应变部门化，因而，这时合金拥有优良的强杜纂塑性匹配。合金经(700℃,24h)时效后，合金中析出的硅化物数量略有增长，个别硅化物尺寸较大，但在合金中的α板条内，α2相已经析出，其尺寸比硅化物的幼得多，如图4中所示，这时合金的强度提高了，塑性却显著降低，显然这是由于有序α2相的析出所致？杉，Ti60合金析出相对塑性的影响法规与以上文件[20?22]中的概想是类似的。总之，硅化物和α2有序相是时效过程的产品，通常来说，两者均能提高强度而降低塑性，引起合金脆化。

4、结论

1)Ti60合金经(1015℃,2h)固溶处置后，大量的位错塞积在晶界左近，组织内部没有第二相析出。

2)合金经2h时效以来，在晶界和相界上有(Ti,Zr)6Si3型硅化物析出，耽搁时效功夫，硅化物析出数量增长，尺寸增大，并在板条组织内部均匀的析出藐幼的有序α2相。

3)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，合金时效过程中第二相的析出是导致合金塑性降落的重要原因。

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