引言

鈦(tai)合金具有(you)高(gao)的(de)比強度、良(liang)好(hao)的(de)高(gao)溫性(xing)能(neng)、優異的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)、較好(hao)的(de)疲勞性(xing)能(neng)，在航空航天領域得(de)到了廣泛應(ying)用(yong)。

Ti60 鈦合金是 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Ta-Si 系多元復合強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的近(jin) α 型(xing)高(gao)溫(wen)(wen)鈦合金，它集(ji)細晶(jing)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)、固溶強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)和第二相（α2 和硅(gui)化(hua)(hua)物）彌(mi)散(san)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)于(yu)一身，具有(you)優良的綜合性能，主(zhu)要應用(yong)于(yu)航空發動機(ji)輪盤和葉片等(deng)部位，在工作溫(wen)(wen)度下具有(you)較高(gao)的熱強(qiang)(qiang)性、抗氧化(hua)(hua)性和滿意的熱穩定性的良好匹配(pei)[1]。

羅文(wen)忠等(deng)(deng)人研(yan)究(jiu)了在相變點附近固(gu)溶處(chu)(chu)(chu)理對 Ti60 合金組(zu)(zu)織(zhi)及室(shi)溫、高(gao)溫拉伸性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)，雙態組(zu)(zu)織(zhi)具有更好的(de)強(qiang)度(du)(du)和(he)塑性(xing)(xing)的(de)匹配[2]。賈(jia)蔚(yu)菊等(deng)(deng)人研(yan)究(jiu)時效(xiao)時間對 Ti60合金組(zu)(zu)織(zhi)及性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)，時效(xiao)時間延長，析(xi)出(chu)物(wu)數量增加，合金強(qiang)度(du)(du)變化(hua)不大，塑性(xing)(xing)明顯降低[3]。趙成成研(yan)究(jiu)了熱處(chu)(chu)(chu)理制度(du)(du)對 Ti60 顯微組(zu)(zu)織(zhi)和(he)性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)，特別是(shi)時效(xiao)時間和(he)溫度(du)(du)對性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)[4]。而(er)固(gu)溶處(chu)(chu)(chu)理冷(leng)卻方式對力學性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)研(yan)究(jiu)較少。本文(wen)主要研(yan)究(jiu)了固(gu)溶冷(leng)卻方式對 Ti60 鈦合金顯微組(zu)(zu)織(zhi)和(he)高(gao)溫力學性(xing)(xing)能(neng)的(de)影響(xiang)。

1 、實驗材料和方法

1.1 實驗材料

鑄(zhu)錠(ding)由(you)寶雞鈦(tai)業股份有(you)限公司(si)真(zhen)空自耗電(dian)弧爐(lu)三次(ci)熔煉而(er)成，錠(ding)型 φ694mm，其化學成分(fen)如表 1 所(suo)示。經(jing)測定鑄(zhu)錠(ding)的 α+β/β 相轉變溫度為 1037℃。

1.2 實驗方法

鑄錠(ding)經(jing)開坯、鍛造、機加(jia)至 Φ300 棒(bang)(bang)材(cai)(cai)，從棒(bang)(bang)材(cai)(cai)上取樣，棒(bang)(bang)材(cai)(cai)的熱鍛顯(xian)微組織如(ru)圖(tu) 1 所示，在棒(bang)(bang)材(cai)(cai)上截取樣片，分(fen)別選用(yong)不同的固溶時效(xiao)制(zhi)度(du)對樣片進行熱處(chu)理，具體制(zhi)度(du)見表 2。

樣(yang)(yang)片(pian)經固(gu)溶時(shi)效處理(li)后，在樣(yang)(yang)片(pian)上取(qu)樣(yang)(yang)并進行顯微組(zu)(zu)織、室(shi)溫拉伸、600℃高溫拉伸、熱穩定(ding)（600℃/100h）和蠕變(bian)（600℃/440MPa/0.5h）性(xing)能檢測，研(yan)究不同固(gu)溶冷(leng)卻方式(shi)對Ti60 合金棒材室(shi)溫、高溫（600℃）力學性(xing)能和顯微組(zu)(zu)織的影響。

2、 實驗結果與分析

2.1 固溶冷(leng)卻制度對顯(xian)微組織的(de)影(ying)響

圖 2 為(wei)(wei) Ti60 合金棒(bang)材經不同(tong)固溶時效(xiao)制度處(chu)理后(hou)的(de)顯微(wei)組(zu)織。可以看出隨(sui)著(zhu)冷(leng)卻速(su)度的(de)增加，初生(sheng) α 的(de)尺寸變小(xiao)，初生(sheng) α 相(xiang)(xiang)含(han)量(liang)(liang)減(jian)少(shao)，水冷(leng)所得組(zu)織中初生(sheng) α 相(xiang)(xiang)含(han)量(liang)(liang)最低（約為(wei)(wei) 15%）、尺寸最小(xiao)（約 20μm），空冷(leng)組(zu)織中初生(sheng) α相(xiang)(xiang)含(han)量(liang)(liang)最高（約為(wei)(wei) 45%）、尺寸最大(da)（約 40μm）。這(zhe)是因(yin)為(wei)(wei)隨(sui)著(zhu)冷(leng)卻速(su)率增加，原(yuan)子來(lai)不及擴散(san)，初生(sheng) α 相(xiang)(xiang)不能夠(gou)充分 聚集長(chang)大(da)，淬火后(hou)保(bao)留下來(lai)的(de)缺陷相(xiang)(xiang)對較多，更容(rong)易發生(sheng)非均勻(yun)形核(he)，但原(yuan)子擴散(san)不充分，次(ci)生(sheng)相(xiang)(xiang)來(lai)不及長(chang)大(da)，所以在(zai)水冷(leng)條(tiao)件下，初生(sheng) α 相(xiang)(xiang)為(wei)(wei)條(tiao)狀或針狀，而且析出的(de)次(ci)生(sheng)α 相(xiang)(xiang)明顯減(jian)少(shao)，且形態細小(xiao)。

2.2 固溶(rong)冷卻方式對拉伸(shen)性(xing)能的(de)影響

2.2.1 固溶冷(leng)卻方(fang)式對拉伸性能的(de)影響

圖 3 是經過不(bu)同的固溶時效熱處理后，Ti60 合金(jin)棒材的室(shi)溫拉(la)伸(shen)性能和 600℃高溫拉(la)伸(shen)性能結果。

由圖 3 可以看出(chu)(chu)，固(gu)溶冷(leng)卻方式對拉伸強度有明顯影響(xiang)，水冷(leng)后(hou)的強度在(zai)室溫、600℃下(xia)都明顯高于其它三(san)種(zhong)，油冷(leng)和風冷(leng)差距不大，空冷(leng)最低。這是因為(wei)采用(yong)較快的固(gu)溶冷(leng)卻方式（如水冷(leng)）能夠保留大量的亞(ya)穩 β 相，在(zai)后(hou)續時效(xiao)過程中這些亞(ya)穩 β 相能分(fen)解(jie)析出(chu)(chu)大量細(xi)針 α，從而提(ti)高合金的抗拉強度。

2.2.2 固溶冷卻方式對熱(re)穩定的影響(xiang)

圖 4 是經過不同的固溶時效熱(re)處理(li)后，Ti60 合金棒材的熱(re)穩定(ding)（600℃/100h）性能結(jie)果。

由圖(tu) 4 可以(yi)看(kan)出(chu)固溶冷(leng)(leng)(leng)卻方(fang)式(shi)對熱(re)穩定強(qiang)(qiang)度(du)的影響(xiang)與(yu)對拉伸強(qiang)(qiang)度(du)的影響(xiang)類似，主要原因都是較快(kuai)的固溶冷(leng)(leng)(leng)卻方(fang)式(shi)（如水冷(leng)(leng)(leng)）在(zai)后(hou)續的時(shi)效(xiao)中能析(xi)出(chu)細小彌散(san)的初(chu)(chu)生(sheng) α及大量(liang)的細針 α，提高了合(he)(he)金強(qiang)(qiang)度(du)。從(cong)圖(tu) 3 和圖(tu) 4 也可以(yi)看(kan)出(chu)水冷(leng)(leng)(leng)的強(qiang)(qiang)度(du)明(ming)(ming)顯高于(yu)其(qi)它三(san)種冷(leng)(leng)(leng)卻方(fang)式(shi)，從(cong)中可以(yi)推測出(chu)水冷(leng)(leng)(leng)的冷(leng)(leng)(leng)卻速度(du)要比其(qi)它三(san)種冷(leng)(leng)(leng)卻方(fang)式(shi)快(kuai)得(de)多(duo)。從(cong)圖(tu) 4可以(yi)看(kan)出(chu)在(zai)水冷(leng)(leng)(leng)的塑性(xing)(xing)明(ming)(ming)顯低于(yu)其(qi)它三(san)種冷(leng)(leng)(leng)卻方(fang)式(shi)，相(xiang)關文(wen)獻(xian)表明(ming)(ming)[5]，塑性(xing)(xing)下降的程度(du)與(yu)合(he)(he)金的初(chu)(chu)生(sheng) α 相(xiang)含(han)量(liang)相(xiang)關，初(chu)(chu)生(sheng) α 相(xiang)含(han)量(liang)越少，塑性(xing)(xing)降低程度(du)越大。這(zhe)與(yu)本文(wen)的結果是相(xiang)符合(he)(he)的。

2.2.3 固溶冷卻方式對蠕變性能的(de)影(ying)響

圖 5 是經過不同的(de)固溶時(shi)效熱處理后(hou)，Ti60 合金(jin)棒(bang)材(cai)的(de)蠕變（600℃/440MPa/0.5h）性(xing)能結果。

從圖(tu) 5 中(zhong)可以看出，空(kong)冷的(de)蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)性(xing)能最差，隨著冷卻速度(du)的(de)增加(jia)，蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)性(xing)能也隨之提(ti)高(gao)，相關(guan)文獻表明(ming)隨著高(gao)溫(wen)鈦合金中(zhong)等軸初生 α 相含量的(de)增加(jia)，合金的(de)抗蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)性(xing)能逐漸下(xia)降(jiang)[6]，由于冷卻速度(du)越快，初生 α 含量越低，因(yin)此蠕(ru)(ru)變(bian)(bian)性(xing)能提(ti)高(gao)。

3、 結論

（1）固溶冷卻(que)速度增加(jia)，會使 Ti60 合(he)金棒材初生 α 尺寸變小(xiao)，含量(liang)降(jiang)低，并使次生 α 相更(geng)加(jia)細(xi)小(xiao)。

（2）固溶冷卻速(su)度(du)增(zeng)加，能明(ming)顯提高 Ti60 合(he)金棒材的室溫(wen)(wen)和 600℃高溫(wen)(wen)拉伸強度(du)，但(dan)室溫(wen)(wen)拉伸塑性會明(ming)顯降低，對 600℃高溫(wen)(wen)拉伸塑性影響較小。

（3）固溶冷卻(que)速度(du)增(zeng)加(jia)，有利于提高熱(re)穩(wen)定(ding)（600℃/100h）強度(du)。而熱(re)穩(wen)定(ding)塑性會隨著固溶冷卻(que)速度(du)增(zeng)加(jia)而降低。

（4）固溶(rong)冷卻速度增加(jia)，有(you)利于(yu)提高蠕變性能。

參考文獻：

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