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。。。因其拥有重量轻、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，，为减轻发起机重量、提高其推重比，，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及钛基复合伙料，，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获得了一些成就，，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，，适合制作在高温下服役的静子件和转子件[6]。。。

目前，，国内外对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，，本文通过钻研固溶冷却方式对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φ 180mm规格棒材，，试块尺寸加工至200mm×25mm×25mm，，而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，，具体热处置制度见表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 热处置制度

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，，经过分歧的热处置制度，，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
；；固溶选取空冷时，，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，，试样理论硬度为383HBW，，心部硬度为349HBW
；；空冷时，，理论硬度为335HBW，，心部硬度为321HBW，，从分歧地位硬度还可看出，，硬度从理论向心部逐步降低。。。

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相由过饱和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。。。分歧的是，，随着冷却速度的降低，，初生α相含量逐步增长（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，，合金元素重新分配，，在固溶后急剧冷却时，，初生α相相对较小，，β相转造成过饱和马氏体α'相越多，，后续的时效过程中，，过饱和马氏体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相的长大过程被克制，，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，，资料的强度也显著降低，，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相的长大被克制，，相应的含量略低，，次生α相也更藐小，，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相的含量略有增长，，尺寸长大
；；次生α相也随着冷却速度的降低，，状态由藐小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，，并且统一个试样从理论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：：：

[1] 金和喜，，魏克湘，，李建明，，等. 航空用钛合金钻研进展[J]. 中国有色金属学报，，2015，，25（2）：：：281-292.

[2] 侯金健，，高强强，，安晓婷. 国内外高温钛合金钻研及利用的最新发展[J]. 热加工工艺，，2014，，43（10）：：：11-15.

[3] 曾立英，，赵永庆，，洪权，，等. 600℃高温钛合金的研发[J]. 钛工业进展，，2012，，29（5）：：：1-5．

[4] 王旭，，李四清，，李臻熙，，等. 固溶处置对Ti65高温钛合金组织与机能的影响：：：“全国钛及钛合金学术互换会”论文集[C]. 北京：：：科学出版社，，2013.

[5] 刘石双，，曹京霞，，周毅，，等. Ti2AlNb合金钻研与瞻望[J]. 中国有色金属学报，，2021，，31（11）：：：3106-3126．

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[7] 张雪敏，，陈秉刚，，李巍，，等. 固溶温度对Ti150合金棒材组织及力学机能的影响[J]. 钛工业进展，，2019，，36（3）：：：31-34.

[8] BORCHERT B，，DAEUBLER MA. Influence of microstructure of IMI834 on mechanical properties relevant to jet engines：：：“Sixth World Conference on Titanium”Proceedings[C]. Les Ulis：：：Les Editions de Physique，，1988.

[9] 覃佳栋，，屠孝斌，，刘继雄，，等. 固溶冷却方式对Ti60钛合金大规格棒材组织和力学机能的影响[J]. 科技创新与利用，，2020（6）：：：120-122.

[10] SINGH A，，BALASUNDAR I，，GAUTAM J P，，et al. Effect of primary a phase fraction on tensile behavior of IMI834 alloy[J]. Procedia Structural Integrity，，2019，，14：：：78-88.

[11] 李四清，，王旭，，邓雨亭，，等. 固溶温度对IMI834钛合金锻件组织及机能的影响[J]. 航空制作技术，，2019，，62（19）：：：47-52.

[12] 王宁，，贾蔚菊，，毛小南，，等. 热处置对IMI834钛合金组织及拉伸机能的影响[J]. 罕见金属资料与工程，，2022，，51（8）：：：3077-3088.

[13] 吴欢，，赵永庆，，葛鹏，，等. β不变元素对钛合金α相强化行为的影响[J]. 罕见金属资料与工程，，2012，，41（5）：：：805-810.

[14] TORSTER F，，ANDRES C，，L?TJERING G，，et al. Correlation between texture and high temperature mechanical properties of the titanium alloy IMI 834[J]. Zeitschrift Fuer Metallkunde，，1999，，90（3）：：：174-181.

（注：：：本文原标题：：：固溶冷却方式对Ti150合金组织及机能的影响）