熱處理工藝對Ti60合金持久性能的影響

孫 昊，劉 征，趙子博，劉建榮，王清江

(1.中國科學院金屬研究所, 遼寧 沈陽 110016)(2.中國科學技術大學, 安徽 合肥 230026)

高溫鈦合金主要用于制造航空發動機壓氣機部件[1-2]。目前，對于高溫鈦合金的研究主要集中在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金，最高使用溫度可達600 ℃，其中比較典型的合金有Ti-1100[3]、BT18y[4]、BT36[5]、IMI834[6]及Ti60[7]。Ti60合金是在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金的基礎上加入一定量的β同晶元素Nb和Ta，是一種可在600 ℃長期使用的近α型鈦合金[8]。該合金同時具備α型鈦合金良好的蠕變性能和α+β型鈦合金的高強度，熱強性和熱穩定性可達到良好匹配。Ti60合金經α+β兩相區變形和熱處理后，可以獲得均勻的雙態組織，不僅具有片層組織的抗蠕變性能和持久抗力，還兼具等軸組織的高塑性，同時其高低周疲勞性能也較為優良，可滿足航空發動機的長期服役條件[9]。

隨著航空工業的發展，航空發動機對推重比和流量比提出了更高的要求, 渦輪溫度也逐步升高，因此對高溫鈦合金性能的要求也越來越高。當Ti60合金應用于航空發動機部件時，在高溫高應力的服役條件下運行，其高溫持久性能直接決定了發動機部件的使用壽命。為保證航空發動機能夠在高溫高應力工況下安全可靠運行，對材料持久性能的研究則必不可少。Kim等人[10]研究發現，在高溫變形過程中晶界滑移是近α型鈦合金的主要變形機制。Li等人[11-12]研究發現，隨著試驗溫度和應力的升高，晶界滑移對變形的作用越來越大，且晶界滑移的難易程度與次生α相尺寸及數量有關，故推測Ti60合金的高溫持久性能會受到組織中次生α相含量和α板條/α集束尺寸的影響。……