600℃高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)是高(gao)(gao)(gao)推重(zhong)比航空發動(dong)機(ji)壓氣機(ji)盤和葉片(pian)等重(zhong)要部件必須的(de)(de)關鍵(jian)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)結(jie)構材料，目前國內外已研發出IMI834、Ti-1100、BT18y、Ti60、Ti60A等Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系(xi)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)[1-3]。高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)經600℃左右恒(heng)(heng)溫(wen)長時熱(re)暴(bao)(bao)露(lu)(lu)后力(li)(li)學性(xing)能(neng)變化(hua)是傳(chuan)統(tong)意義上(shang)考(kao)察其(qi)服役安全(quan)性(xing)的(de)(de)重(zhong)要參(can)考(kao)之一。近年來(lai)，也有(you)許多關于高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)在恒(heng)(heng)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)長時熱(re)暴(bao)(bao)露(lu)(lu)后組織(zhi)和性(xing)能(neng)變化(hua)的(de)(de)相關報道[4-10]。但實際上(shang)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)是在最高(gao)(gao)(gao)達600℃的(de)(de)復雜高(gao)(gao)(gao)低溫(wen)循環作用下(xia)長期服役，因此(ci)通過高(gao)(gao)(gao)低溫(wen)循環熱(re)暴(bao)(bao)露(lu)(lu)考(kao)察合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)力(li)(li)學性(xing)能(neng)好壞，更接(jie)近實際服役條件也更合(he)(he)(he)理。迄今循環熱(re)暴(bao)(bao)露(lu)(lu)對高(gao)(gao)(gao)溫(wen)鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)組織(zhi)及力(li)(li)學性(xing)能(neng)的(de)(de)影響罕見報道。

激光(guang)(guang)熔化(hua)沉(chen)積制(zhi)造(zao)(zao)(zao)(LaserMeltingDepositionManufacturing)技術通(tong)過激光(guang)(guang)熔化(hua)/快速凝固逐層沉(chen)積“生長(chang)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)”，由零(ling)(ling)件(jian)(jian)CAD模型一步完成(cheng)致密、高性(xing)能鈦合(he)(he)(he)金(jin)零(ling)(ling)件(jian)(jian)的“近(jin)凈成(cheng)形制(zhi)造(zao)(zao)(zao)”。該技術為(wei)發動機整體(ti)葉盤、葉片等鈦合(he)(he)(he)金(jin)復雜零(ling)(ling)件(jian)(jian)的低成(cheng)本、短周期、近(jin)凈成(cheng)形制(zhi)造(zao)(zao)(zao)提供了(le)一條新途徑[11-14]。本研究選用激光(guang)(guang)沉(chen)積Ti60A高溫(wen)鈦合(he)(he)(he)金(jin)對(dui)(dui)其進(jin)行循(xun)環熱暴(bao)(bao)露和傳(chuan)統恒溫(wen)熱暴(bao)(bao)露對(dui)(dui)比，主要研究這2種(zhong)熱暴(bao)(bao)露對(dui)(dui)合(he)(he)(he)金(jin)組織和力學性(xing)能影(ying)響的異(yi)同，為(wei)提高高溫(wen)鈦合(he)(he)(he)金(jin)長(chang)期服(fu)役(yi)安全性(xing)提供有(you)益參(can)考。

1、實驗

采用(yong)真空(kong)等離子旋(xuan)轉電極霧化Ti60A鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)球形(xing)(xing)粉(fen)(fen)(fen)為(wei)(wei)原(yuan)料(liao)，粉(fen)(fen)(fen)末粒度50~100μm，名義成(cheng)分為(wei)(wei)Ti5.54Al3.88Sn3.34Zr0.37Mo0.46Si(質量分數(shu),%)。激(ji)(ji)光(guang)(guang)熔化沉(chen)積(ji)成(cheng)形(xing)(xing)系統主要由(you)YLS-4000型光(guang)(guang)纖激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)、送(song)粉(fen)(fen)(fen)器(qi)、數(shu)控系統、氬氣保護氣氛(fen)熔化沉(chen)積(ji)箱(xiang)等組成(cheng)。工藝(yi)參(can)數(shu)為(wei)(wei)：激(ji)(ji)光(guang)(guang)束功率4~6kW、光(guang)(guang)斑(ban)直(zhi)徑為(wei)(wei)5~6mm、掃描速率800~1200mm/min、送(song)粉(fen)(fen)(fen)速率700~1000g/h、高純氬氣成(cheng)形(xing)(xing)腔(qiang)內氣氛(fen)氧含(han)量小于(yu)70μL/L，沉(chen)積(ji)基板為(wei)(wei)TA0鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)板，激(ji)(ji)光(guang)(guang)沉(chen)積(ji)Ti60A合(he)金(jin)(jin)厚壁板試驗料(liao)尺寸(cun)為(wei)(wei)300mm×40mm×200mm。金(jin)(jin)相法測得激(ji)(ji)光(guang)(guang)沉(chen)積(ji)Ti60A高溫鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)β轉變(bian)點為(wei)(wei)(1055±5)℃。激(ji)(ji)光(guang)(guang)沉(chen)積(ji)Ti60A合(he)金(jin)(jin)板材經750℃保溫1h去應力(li)退(tui)火處理，稱之(zhi)為(wei)(wei)“激(ji)(ji)光(guang)(guang)沉(chen)積(ji)態(tai)”。

將(jiang)激光沉(chen)積態Ti60A合金(jin)線切割(ge)獲得(de)Φ15mm×80mm的(de)圓(yuan)棒試(shi)樣(yang)(yang)并精(jing)加(jia)工為(wei)工作直(zhi)徑5mm，標距25mm的(de)標準拉伸(shen)試(shi)樣(yang)(yang)以進(jin)行力學性能(neng)測(ce)(ce)試(shi)。恒(heng)溫(wen)熱暴露(lu)(lu)是將(jiang)激光沉(chen)積態標準拉伸(shen)試(shi)樣(yang)(yang)放入箱式電(dian)爐(lu)600℃保溫(wen)100h后空冷再進(jin)行室(shi)溫(wen)拉伸(shen)性能(neng)測(ce)(ce)試(shi)。循(xun)環(huan)熱暴露(lu)(lu)是使用紅外循(xun)環(huan)加(jia)熱和壓縮空冷設備(bei)，在(zai)拉伸(shen)試(shi)樣(yang)(yang)標距中(zhong)央15mm范(fan)圍內進(jin)行，單個(ge)循(xun)環(huan)包括120s升溫(wen)過(guo)程，最高(gao)溫(wen)度(du)600℃，60s降(jiang)溫(wen)過(guo)程，最低溫(wen)度(du)150℃。循(xun)環(huan)熱暴露(lu)(lu)總時間(jian)100h后再進(jin)行室(shi)溫(wen)拉伸(shen)。以上3種合金(jin)狀態均取相(xiang)同條件的(de)3個(ge)試(shi)樣(yang)(yang)進(jin)行測(ce)(ce)試(shi)并對測(ce)(ce)試(shi)結果(guo)取平(ping)均值。采用CamScan3400型掃描電(dian)子(zi)顯微鏡觀察(cha)合金(jin)顯微組(zu)織(zhi)及斷口形貌。從斷口表面(mian)(mian)向(xiang)下(xia)5mm處(chu)切取平(ping)行于斷面(mian)(mian)的(de)0.5mm厚的(de)小薄片以制備(bei)透射試(shi)樣(yang)(yang)。采用帶有能(neng)譜(pu)分(fen)(fen)析(xi)(xi)的(de)JEOL-2100F型透射電(dian)鏡觀察(cha)合金(jin)中(zhong)位錯和析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)的(de)分(fen)(fen)布(bu)，檢(jian)測(ce)(ce)析(xi)(xi)出(chu)相(xiang)成分(fen)(fen)，電(dian)子(zi)衍射分(fen)(fen)析(xi)(xi)其(qi)晶(jing)體(ti)結構。

2、實驗結果

2.1熱(re)暴露對(dui)激(ji)光沉積(ji)Ti60A高(gao)溫鈦(tai)合金顯微組(zu)織影響(xiang)

激光沉積Ti60A合金具(ju)有均勻分布(bu)的(de)細(xi)(xi)小網籃(lan)組(zu)織(zhi)，α片層(ceng)寬1.5~4μm，長4~16μm，α相(xiang)(xiang)體積分數(shu)約78%，片層(ceng)集(ji)束取向隨機多樣（圖(tu)1a），在α相(xiang)(xiang)內(nei)分布(bu)著(zhu)復雜位錯(cuo)網絡(luo)結(jie)構（圖(tu)1b）。激光沉積態合金的(de)細(xi)(xi)小網籃(lan)組(zu)織(zhi)特征與激光成形工(gong)藝過(guo)程密切(qie)相(xiang)(xiang)關(guan)。在Ti60A合金板材成形過(guo)程中熔池凝固冷卻速(su)率非常高，晶粒內(nei)α相(xiang)(xiang)大(da)量形核，β→α相(xiang)(xiang)長大(da)時間(jian)變短，得到多種取向且互相(xiang)(xiang)交織(zhi)的(de)α/β細(xi)(xi)小網籃(lan)組(zu)織(zhi)。從圖(tu)1b可見，α相(xiang)(xiang)內(nei)分布(bu)大(da)量位錯(cuo)，這些位錯(cuo)網絡(luo)塞積一(yi)端在α/β相(xiang)(xiang)界面(mian)處，另(ling)一(yi)端在α相(xiang)(xiang)內(nei)某些釘扎點或(huo)另(ling)一(yi)側的(de)α/β相(xiang)(xiang)界面(mian)處，可見α/β相(xiang)(xiang)界對位錯(cuo)運動有一(yi)定(ding)的(de)阻礙作用(yong)。

圖2為激光沉積(ji)態Ti60A合金經(jing)恒溫熱暴(bao)露(lu)后的(de)(de)顯微組織及位錯和(he)(he)析出相(xiang)(xiang)的(de)(de)分(fen)布。合金經(jing)600℃恒溫100h熱暴(bao)露(lu)后α片(pian)層粗化(hua)，α片(pian)層寬2~6μm，長10~25μm（圖2a），合金內(nei)多條位錯線纏結的(de)(de)硅化(hua)物分(fen)布在α相(xiang)(xiang)內(nei)和(he)(he)α/β相(xiang)(xiang)界面(mian)處，硅化(hua)物析出相(xiang)(xiang)尺寸約150nm，呈橢球形，如圖2b箭頭所示。

圖(tu)3為(wei)激光沉積(ji)態Ti60A合金經循(xun)環熱(re)暴(bao)露后的顯微組(zu)織(zhi)(zhi)及位錯(cuo)和(he)析出相(xiang)的分布。對比圖(tu)3a和(he)圖(tu)2a可見，經恒(heng)溫熱(re)暴(bao)露和(he)循(xun)環熱(re)暴(bao)露后合金組(zu)織(zhi)(zhi)均發(fa)生粗化，不(bu)同(tong)的是循(xun)環熱(re)暴(bao)露后β相(xiang)破碎(sui)，體積(ji)分數減少，α相(xiang)寬4~10μm，體積(ji)分數從78%增加到90%（圖(tu)3a）。

對比圖3b和2b可見，循(xun)環熱(re)暴露后合金α/β相(xiang)界面處也析(xi)出約100nm的橢球形硅化(hua)物(wu)。

圖4為(wei)(wei)激光沉積Ti60A合金經2種熱暴露后(hou)細小有序析(xi)出相照片(pian)，顆(ke)粒尺寸(cun)<20nm，即使在透射電鏡下也難以觀察清楚。經恒溫(wen)熱暴露和循(xun)環熱暴露過程后(hou)合金都有對應的(de)典(dian)型(xing)超(chao)(chao)點陣衍射斑(ban)點（圖4b）。根據已有研究表(biao)明，這些超(chao)(chao)點陣斑(ban)點即為(wei)(wei)與(yu)基(ji)體α相共(gong)格的(de)Ti3Al有序相。

經透(tou)射電鏡觀察(cha)及能譜分析(xi)(xi)，恒溫(wen)熱暴(bao)露和(he)循環熱暴(bao)露后(hou)合金內析(xi)(xi)出(chu)的(de)(de)硅(gui)化物(wu)的(de)(de)平均原子(zi)(zi)百分比為(wei)Ti54.3Zr17.2Si28.5,即(TiZr0.3)6Si3(圖5a)。根據硅(gui)化物(wu)的(de)(de)衍射花樣，電子(zi)(zi)衍射分析(xi)(xi)結(jie)(jie)果為(wei)六方結(jie)(jie)構的(de)(de)S2型硅(gui)化物(wu)(圖5b)。實驗(yan)測得(de)硅(gui)化物(wu)的(de)(de)成(cheng)分和(he)S2型硅(gui)化物(wu)的(de)(de)理想原子(zi)(zi)配比(TiZr)6Si3略有偏差。通過(guo)透(tou)射觀察(cha)硅(gui)化物(wu)呈橢球狀，這和(he)相(xiang)關的(de)(de)研(yan)究(jiu)結(jie)(jie)果是一致的(de)(de)[15]。

2.2熱暴露對激光沉積Ti60A高溫鈦合金力學性能(neng)影(ying)響

圖6為激光(guang)沉(chen)積Ti60A合金(jin)經(jing)不同方式熱暴(bao)露前后(hou)的平均室溫(wen)(wen)拉伸性能(neng)數(shu)據。激光(guang)沉(chen)積態Ti60A合金(jin)的細小網籃(lan)組(zu)織使其具有較好的綜合室溫(wen)(wen)拉伸性能(neng)。恒溫(wen)(wen)熱暴(bao)露后(hou)試樣的抗拉強(qiang)度(UTS)和(he)屈服強(qiang)度(YS)較激光(guang)沉(chen)積態有所下(xia)降(jiang)，伸長率(EL)和(he)斷面收縮率(ZA)下(xia)降(jiang)70%，循環熱暴(bao)露后(hou)強(qiang)度降(jiang)低20%，塑性幾乎(hu)完全喪失。可見，循環熱暴(bao)露對合金(jin)力學性能(neng)影響更大。

2.3熱暴(bao)露(lu)對激光沉積Ti60A高溫(wen)鈦合金斷口形貌(mao)的(de)影響(xiang)

圖(tu)7為激光(guang)沉積(ji)Ti60A合金(jin)熱暴露(lu)前后的(de)拉伸(shen)斷口形貌。由圖(tu)7a，7b可見，激光(guang)沉積(ji)態試樣宏(hong)觀(guan)斷口起伏較(jiao)大，微觀(guan)斷口有大量韌窩分布，屬于韌性斷裂。

由圖7c，7d可(ke)見(jian)，恒溫熱暴(bao)(bao)露試樣(yang)宏觀(guan)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)較平整，存(cun)在(zai)清晰的(de)向外(wai)發散的(de)紋(wen)路，微觀(guan)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)可(ke)觀(guan)察(cha)到大(da)量(liang)與(yu)組織中α相片層寬度相當(dang)的(de)斷(duan)(duan)裂(lie)小平面，并出(chu)現撕裂(lie)棱(leng)，未見(jian)韌窩。對比圖7e，7f，循(xun)環(huan)熱暴(bao)(bao)露試樣(yang)宏觀(guan)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)更(geng)平整，存(cun)在(zai)向外(wai)發散的(de)紋(wen)路，從微觀(guan)斷(duan)(duan)口(kou)(kou)可(ke)觀(guan)察(cha)到解理小平面和大(da)量(liang)的(de)與(yu)組織中粗(cu)化的(de)α相片層對應的(de)大(da)塊(kuai)斷(duan)(duan)裂(lie)平面，屬于脆(cui)性斷(duan)(duan)口(kou)(kou)。可(ke)見(jian)，斷(duan)(duan)裂(lie)主(zhu)要沿粗(cu)大(da)α相片層進行，呈(cheng)梯田狀形貌，局部大(da)塊(kuai)剝離脫落，這與(yu)合金循(xun)環(huan)熱暴(bao)(bao)露后組織特征的(de)變(bian)化密切相關(guan)。

3、討論

恒(heng)溫(wen)熱(re)(re)暴(bao)露(lu)和(he)循環熱(re)(re)暴(bao)露(lu)對激(ji)光沉積Ti60A合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響主(zhu)要表現在(zai)(zai)：Ti3Al細(xi)小有序相(xiang)和(he)硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)，α相(xiang)粗化(hua)及體積分(fen)數增(zeng)大(da)(da)，室(shi)溫(wen)拉(la)伸性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)下降(jiang)。鈦合(he)金(jin)(jin)含有0.1%~0.5%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)硅，在(zai)(zai)時(shi)(shi)效(xiao)或熱(re)(re)暴(bao)露(lu)過(guo)程中，硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)和(he)Ti3Al相(xiang)往(wang)往(wang)同(tong)(tong)時(shi)(shi)析(xi)出(chu)，使其室(shi)溫(wen)塑性(xing)(xing)(xing)大(da)(da)幅降(jiang)低(di)。一種(zhong)觀點(dian)認(ren)為，鈦合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)時(shi)(shi)效(xiao)或熱(re)(re)暴(bao)露(lu)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)下降(jiang)完全是Ti3Al相(xiang)析(xi)出(chu)所致。Donlon等(deng)[4]和(he)崔(cui)文(wen)芳等(deng)[5]測試(shi)了Ti1100和(he)IMI834合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)450~750℃區(qu)間長時(shi)(shi)熱(re)(re)暴(bao)露(lu)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)伸塑性(xing)(xing)(xing)，發現在(zai)(zai)Ti3Al相(xiang)析(xi)出(chu)最強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度600℃左右合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)最差，而(er)在(zai)(zai)750℃暴(bao)露(lu)后，盡管(guan)硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)已長大(da)(da)至600℃暴(bao)露(lu)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2~3倍(bei)，但由(you)于(yu)Ti3Al相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解而(er)使合(he)金(jin)(jin)塑性(xing)(xing)(xing)接近暴(bao)露(lu)前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)平。另一種(zhong)觀點(dian)則認(ren)為硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)析(xi)出(chu)是合(he)金(jin)(jin)塑性(xing)(xing)(xing)下降(jiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要原因，當硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)顆粒被切過(guo)后，位(wei)錯(cuo)塞積長度增(zeng)加，塞積頂(ding)端(duan)應力增(zeng)大(da)(da)，滑移容易集(ji)中在(zai)(zai)這一滑移面(mian)上，導致應力集(ji)中，使合(he)金(jin)(jin)塑性(xing)(xing)(xing)喪失(shi)[9]。Madsen等(deng)[16]認(ren)為Ti1100合(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)時(shi)(shi)效(xiao)后屈服強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升高是Ti3Al相(xiang)析(xi)出(chu)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，而(er)其室(shi)溫(wen)塑性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)是Ti3Al和(he)硅化(hua)物(wu)(wu)(wu)共(gong)同(tong)(tong)作用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果。

本(ben)研(yan)究通(tong)過相同總時間的(de)(de)恒(heng)(heng)溫(wen)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)和循環(huan)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)對比研(yan)究表明(ming)，激光沉積Ti60A合金在這(zhe)2種熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)后均有細小的(de)(de)Ti3Al共格有序相析(xi)出(chu)，且在α相內(nei)和α/β相界面處均析(xi)出(chu)六方結構的(de)(de)S2型橢球(qiu)狀(zhuang)硅(gui)化物(wu)，原子(zi)配(pei)比可(ke)能為(TiZr0.3)6Si3，尺寸100~150nm。可(ke)見，這(zhe)2種不同的(de)(de)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)方式(shi)后合金內(nei)部Ti3Al和硅(gui)化物(wu)的(de)(de)析(xi)出(chu)情況無明(ming)顯差別，因此它們對合金力(li)學性能的(de)(de)影響(xiang)也是基(ji)本(ben)一致的(de)(de)。而(er)實驗結果(guo)表明(ming)，循環(huan)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)后力(li)學性能下(xia)降(jiang)更明(ming)顯，這(zhe)跟循環(huan)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)和恒(heng)(heng)溫(wen)熱(re)(re)暴露(lu)(lu)(lu)的(de)(de)本(ben)質區別有關。

循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)和恒(heng)(heng)溫熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)的(de)(de)根本區(qu)別是合(he)(he)金在(zai)高低溫循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)合(he)(he)金內(nei)部產生熱(re)應力(li)(li)(li)(li)，即(ji)循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)應力(li)(li)(li)(li)和高溫熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)的(de)(de)交(jiao)互作用使其組織(zhi)發生了(le)不(bu)同(tong)于恒(heng)(heng)溫熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)的(de)(de)顯(xian)著變化(hua)(hua)(hua)，而(er)顯(xian)著影響力(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能。合(he)(he)金在(zai)循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)熱(re)應力(li)(li)(li)(li)梯(ti)(ti)度(du)。如果合(he)(he)金內(nei)部存在(zai)應力(li)(li)(li)(li)梯(ti)(ti)度(du)，應力(li)(li)(li)(li)就(jiu)會(hui)提供原子擴(kuo)(kuo)散的(de)(de)驅動(dong)力(li)(li)(li)(li)，即(ji)使溶(rong)質(zhi)分布均勻，也能出(chu)現(xian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)擴(kuo)(kuo)散現(xian)象[17]。據(ju)此(ci)推測激(ji)光(guang)沉(chen)積Ti60A合(he)(he)金在(zai)循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)的(de)(de)熱(re)應力(li)(li)(li)(li)梯(ti)(ti)度(du)促進α相(xiang)(xiang)(xiang)穩(wen)(wen)定元(yuan)素(su)氧(yang)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散，使β相(xiang)(xiang)(xiang)發生分解破碎而(er)形(xing)成(cheng)更(geng)穩(wen)(wen)定的(de)(de)富氧(yang)α相(xiang)(xiang)(xiang)，α相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)僅粗化(hua)(hua)(hua)且體積分數顯(xian)著增加（圖3a）。相(xiang)(xiang)(xiang)關報道(dao)中(zhong)(zhong)(zhong)認為(wei)(wei)富氧(yang)粗化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)α片(pian)層(ceng)(ceng)塑(su)性(xing)差，受力(li)(li)(li)(li)時(shi)(shi)容易(yi)導致表(biao)面開裂[18]。圖8為(wei)(wei)激(ji)光(guang)沉(chen)積Ti60A合(he)(he)金熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)前后試樣(yang)表(biao)面組織(zhi)形(xing)貌。相(xiang)(xiang)(xiang)比激(ji)光(guang)沉(chen)積態（圖8a），可見恒(heng)(heng)溫熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)后表(biao)層(ceng)(ceng)出(chu)現(xian)略有粗化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)長(chang)條狀(zhuang)α相(xiang)(xiang)(xiang)（圖8b），而(er)循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)后表(biao)層(ceng)(ceng)出(chu)現(xian)條塊狀(zhuang)粗化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)（圖8c）。循環(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)暴(bao)(bao)(bao)露(lu)(lu)后的(de)(de)試樣(yang)在(zai)室(shi)溫拉伸時(shi)(shi)表(biao)現(xian)為(wei)(wei)沿表(biao)面粗大條塊α片(pian)層(ceng)(ceng)起(qi)裂，微(wei)觀(guan)斷口呈梯(ti)(ti)田狀(zhuang)形(xing)貌擴(kuo)(kuo)展撕裂甚至剝(bo)離脫落（圖7e,7f），塑(su)性(xing)幾乎(hu)喪失（圖6b）。

綜(zong)上所述，恒溫(wen)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)和(he)循(xun)(xun)環(huan)(huan)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)對(dui)激光沉積(ji)Ti60A合(he)金(jin)(jin)(jin)組織和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)影(ying)響相(xiang)同之(zhi)處(chu)是Ti3Al有序相(xiang)和(he)六(liu)方結構(gou)S2型硅化(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)析出(chu)情況(kuang)無明顯差別。不同之(zhi)處(chu)在于高(gao)(gao)低溫(wen)循(xun)(xun)環(huan)(huan)過(guo)(guo)程產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)熱(re)應力梯度促進形成更高(gao)(gao)體積(ji)分數的(de)(de)(de)(de)α相(xiang)，在其(qi)內部發(fa)生(sheng)(sheng)氧的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)飽(bao)和(he)間(jian)隙固溶強化(hua)，引起力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)顯著下(xia)降，尤(you)其(qi)是塑(su)性(xing)幾乎(hu)喪失，這是合(he)金(jin)(jin)(jin)循(xun)(xun)環(huan)(huan)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)后(hou)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要變化(hua)。可見(jian)，高(gao)(gao)溫(wen)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)在高(gao)(gao)低溫(wen)循(xun)(xun)環(huan)(huan)的(de)(de)(de)(de)實(shi)際(ji)服(fu)役過(guo)(guo)程中產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)循(xun)(xun)環(huan)(huan)熱(re)應力和(he)高(gao)(gao)溫(wen)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)的(de)(de)(de)(de)交互作用(yong)對(dui)合(he)金(jin)(jin)(jin)組織和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響較大，值得進一步深(shen)入研究(jiu)。

4、結論

1)激光沉積(ji)(ji)Ti60A合(he)金600℃,100h恒溫熱暴露(lu)(lu)后(hou)α相體(ti)(ti)積(ji)(ji)分(fen)數略有增(zeng)大，α片(pian)層略有粗(cu)化(hua)；150~600℃循(xun)環熱暴露(lu)(lu)100h后(hou)β相體(ti)(ti)積(ji)(ji)分(fen)數顯著減小(xiao)，α相體(ti)(ti)積(ji)(ji)分(fen)數增(zeng)加約12%，且粗(cu)化(hua)呈條塊狀。這2種熱暴露(lu)(lu)后(hou)合(he)金內均析出細(xi)小(xiao)共格有序相Ti3Al和100~150nm橢球狀的六方S2型硅化(hua)物(TiZr0.3)6Si3。

2)激光沉積(ji)Ti60A合金具有良好的室溫(wen)拉伸性(xing)能(neng)；恒溫(wen)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)后，強度降低7%，塑性(xing)降低70%；循(xun)環(huan)熱(re)暴(bao)露(lu)(lu)后強度降低20%，塑性(xing)幾乎喪(sang)失。

3)循(xun)環熱暴露過(guo)程中循(xun)環熱應力作(zuo)用促進(jin)α穩(wen)定元素氧的(de)滲透擴散(san)而形成更多的(de)粗化α相(xiang)，導致力學性(xing)(xing)能的(de)顯(xian)著(zhu)下降，塑(su)性(xing)(xing)喪失。

參考文獻 References

[1] Boyer R R. Materials Science & Engineering A[J], 1996, 213:104

[2] Xu Guodong(許 國 棟 ) et al. Chinese Journal of Rare Metals(稀有金屬學報)[J], 2008, 32(6): 774

[3] Wei Shouyong(魏壽 庸 ) et al. Aeroengine(發動 機 )[J], 2005,31(1): 52

[4] Donlon W T et al. Titanium’92 Science and Technology[C].San Diego: the Titanium Committee of the Minerals Metalsand Materials, 1992: 295

[5] Cui Wenfang (崔文芳) et al. Journal of Aeronautical Materials(航(hang)空材(cai)料(liao)學報)[J], 1997, 17(4): 15

[6] Xin Shewei( 辛 社 偉 ) et al. Rare Metal Materials andEngineering(稀有金屬材料與工程) [J], 2008, 7(3): 423

[7] Jia Weiju (賈蔚菊(ju)) et al. The Chinese Journal of NonferrousMetals (中國有色金屬學報)[J], 2009, 19(6): 1032

[8] Guo Ping (郭 萍) et al. Titanium Industry Development (鈦工業發展) [J], 2010, 27(1): 22

[9] Jia Weiju ( 賈 蔚 菊 ) et al. Rare Metal Materials andEngineering (稀有金屬(shu)材料與工程) [J], 2008, 37(3): 374

[10] Xin Shewei et al. Materials Science & Engineering A[J],2008, 477(1-2): 372

[11] Wang Huaming(王華明) et al. Chinese Journal of Lasers (中國激光)[J], 2009, 36(12): 3205

[12] Wang Huaming(王華明) et al. Heat Treatment of Metals (金屬熱處理(li))[J], 2008, 33(1): 82

[13] Wang Huaming(王 華 明(ming) ) et al. Aeronautical ManufacturingTechnology (航空制造工藝) [J], 2010, 15: 77

[14] He Ruijun( 賀 瑞 軍 ) et al. Rare Metal Materials andEngineering (稀(xi)有金屬材料與工程) [J], 2010, 39(2): 288

[15] Singh A K et al. Metallurgical and Material Transactions A[J], 1996, 27: 1167

[16] Madsen A et al. Journal of Materials Engineering andPerformance [J], 1995, 4(3): 301

[17] Hu Gengxiang( 胡 庚 祥(xiang) ) et al. Fundamentals of MaterialsScience (材 料 科 學 基 礎 )[M]. Shanghai: Shanghai JiaotongUniversity Press, 2011: 156

[18] Srinadhk V S, Singh V. Material Science[J], 2004, 27(4): 347