1、序言

自20世纪中叶钛合金被开发使用以来，在各行 各业得到了宽泛的利用，出格是在航空航天领域， 传统的钢、铝等资料已经不能齐全满足使用要求。 因其拥有沉量轻、比强度高，以及耐侵蚀与耐高温 等特点，钛合金在航空工业中迅速脱颖而出。在航 空发起机领域，为减轻发起机沉量、提高其推沉 比，正朝着使用部门钛合金包办耐热钢及高温合金 的方向发展[1]。因而，此刻对钛合金的机能也提出 了更高的要求，出格是在高温、高应力、高转速环 境中的使用机能。

进入21世纪以来，世界列国在高温钛合金的研 发上有了长足的进取，已经研发出能在600℃以上 持久使用的高温钛合金脊基复合伙料，如英国的IMI834合金、美国的Ti-1100合金及俄罗斯的BT18Y合金等[2]。国内对于高温钛合金的研发及利用也取 得了一些成就，如Ti60、Ti65、Ti2AlNb及Ti150等 钛合金的研发及利用[3-5]。Ti150是国内研发的近α 型高温钛合金，其能在600℃的高温环境中持久使 用，适合造作在高温下服役的静子件和转子件[6]。 目前，国内表对Ti150合金的钻研集中在固溶温度 对显微组织和力学机能的影响[7]，固然获得了一些Ti150合金组织和机能随固溶温度变动的法规，但是 还不足对该资料固溶冷却方式的钻研，本文通过研 究固溶冷却方式对Ti150合金显微组织和力学机能的 影响，为今后的出产实际提供参考。

2、试验资料及步骤

2.1试验资料

本次试验所用资料为经过3次真空自耗电弧炉熔 炼的Ti150合金铸锭，其名义成分见表1。经金相法 测得该合金α相＋β相→β相变点为1051℃。铸锭经β相区开坯铸造，在α相＋β相区改锻为φ180mm规格 棒材，试块尺寸加工至200mm×25mm×25mm，然 后在箱式电阻炉内进行固溶和时效处置。

表 1 Ti150 合金铸锭名义成分 (质量分数)(%)

2.2试验步骤

将以上试块分4组进行热处置，具体热处置造度 见表2。试样热处置后进行理化检测，而后通过对检测了局进行分析，明确固溶冷却方式对资料组织及 机能的影响。硬度检测地位、拉伸和蠕变试验取样 地位如图1所示。

表 2 热处置造度

3、试验了局及会商

3.1力学机能测试

热处置后对试块进行室温拉伸、高温拉伸、 高温蠕变及硬度检测，了局如图2所示。从图2可 看出，经过分歧的热处置造度，资料力学机能有 显著差距。从图2a、b可知，随着冷却速度的降 低，Ti150合金强度降低，塑性升高；当固溶选取 水冷时，资料的室温抗拉强度达1176MPa、伸长率8.4%，600℃高温抗拉强度也高达763MPa；固溶采 用空冷时，资料室温抗拉强度为1027MPa、伸长率14.1%，600℃高温抗拉强度降至611MPa。试样经 过蠕变测试（600℃，150MPa，100h）后的残存伸 长率如图2c所示，从图2c可知，随着固溶冷却速度 降低，抗蠕变能力变差。将每组试块切取一个试样 按图1a所示地位进行硬度检测，了局如图2d所示。 从图2d可看出，硬度随固溶冷却速度的降低而降 低，水冷时，试样表表硬度为383HBW，心部硬度 为349HBW；空冷时，表表硬度为335HBW，心部 硬度为321HBW，从分歧地位硬度还可看出，硬度 从表表向心部逐步降低。

3.2金相组织观察

试验资料热处置后典型的显微组织如图3所示。 从图3可看出，在α相＋β相→β相变点以下25℃时固 溶，冷却速度分歧的情况下，时效后的组织描摹均为双态组织，在β相转变组织的基体上均匀散布着等 轴初生α相[8]；次生α相由过鼓和β相和马氏体α'相分 解形成，状态呈片层状，优先从晶界起头析出。不 同的是，随着冷却速度的降低，初生α相含量逐步增 加（从水冷时的约20%增长到空冷时的30%），尺 寸也逐步长大（水冷时初生α相直径为12～18μm， 空冷时长大至20～25μm）。并且随着固溶冷却速度 的降低，次生α相也显著增长，片层间距变粗，水 冷时为极细的板条，空冷片层逐步变粗甚至呈短棒状。

3.3分析会商

有关钻研批注，近α相钛合金组织转变重要为 扩散型固态相变，转变过程受固溶冷却速度的影响 较大[9，10]。Ti150合金在α相＋β相→β相变点以下进 行高温固溶时，保温一按功夫后，α相和β相逐步 达到平衡，合金元素沉新分配，在固溶后急剧冷却 时，初生α相相对较幼，β相转造成过鼓和马氏体α'相越多，后续的时效过程中，过鼓和马氏体α'相又 转变为次生α相[11]。由此得出Ti150合金在急剧冷却 时，合金元素来不及扩散，初生α相来不及长大，次 生α相的长大过程被抑造，形成分歧方向的细片层 状，冷却速度较慢时则形成粗壮的板条或棒状，板 条尺寸的增长使得位错密度降低，使位错滑移变得 越发容易，从而影响资料的力学机能。

组织状态决定了钛合金机能。从室温、高温 拉伸机能看，随着冷却速度降低，资料的强度也明 显降低，塑性增长。这重要是由于在急剧冷却前提 下，原子来不及扩散和荟萃，初生α相的长大被抑 造，相应的含量略低，次生α相也更藐幼，所以强度 高、塑性差；反之，冷却速度越慢，初生α相含量越 多，次生α相也随之长大，合金强度更低[12]。从硬度 检测了局看，冷却速度越快，硬度越高，并且试样 分歧地位硬度差距极度显著。这重要是由于合金β相 不变元素含量较少，因而导致资料淬透性较差[13]。 从蠕变机能看，由于固溶冷却速度越慢，初生α相含 量越多，因而抗蠕变能力也更差[14]。

4、实现语

1）通过试验钻研批注，Ti150合金随着固溶冷 却速度的降低，强度和抗蠕变能力逐步降低，塑性 显著提高。

2）固溶冷却速度越低，初生α相的含量略有增 加，尺寸长大；次生α相也随着冷却速度的降低，形 态由藐幼的片层状变为粗条状及棒状。

3）从硬度检测情况看，硬度不仅随着冷却速度 的降低而降低，并且统一个试样从表表到心部硬度 也逐步降低，注明资料淬透性较差。

4）通过试验钻研批注，要得到较高的强度及抗 蠕变能力，Ti150合金固溶后应选取水冷比力相宜。

参考文件：

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（注，原文标题：固溶冷却方式对Ti150合金组织及机能的影响）