飞机技术的每一代进取，结构质量系数的降低和寿命的耽搁，发起机推重比量级的每一次提高，无不强烈依赖于资料技术的进取。。。 “一代资料，一代设备”就是对航空设备与航空资料的相互依存、、相互推进的缜密关系的真实写照。。。 钛合金拥有比强度高、、耐侵蚀好、、轻质、、高温机能优异等利益，作为重要的结构资料被宽泛使用于航空、、航天领域[1] 。。。 在航空领域中，钛合金能够代替高密度合金为飞机减重，现代飞机中钛合金的用量也越来越大。。。 美国第三代战斗机 F-14 和 F-15钛合金用量别离占24％和27％，而第四代战斗机 F-22钛合金用量高达 41％［2] 。。。 其中，特大型钛合金整体锻件已宽泛用于机翼和后机身。。。 美国先进的 Ｖ2500 发起机钛合金用量也达到了 30％ 左右。。。 民机上的钛合金用量也创新高，波音 787 飞机和 Ａ380 飞机的钛合金用量都达到 10％左右。。。

近年来，航空对高强度、、高断裂韧度的新型结构钛合金的需要越来越火急，因而钻研拥有自主知识产权，可能代替超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到了器重。。。 目前国内外成熟的高强度钛合金重要蕴含 Ti?1023、、BT22、、TC18、、TC21 钛合金等，但是这些钛合金抗拉强度都在 1100 MPa 级别。。。

TB18 钛合金是近年来结合自主研制开发的一种新型亚稳β型高强高韧钛合金，其抗拉强度高于 TC11、、TC18 及 TC21 合金等航空领域成熟的钛合金，是一种高结构效益钛合金[3] 。。。 该合金经相宜的固溶时效处置后，强度可达 1300 MPa，断裂韧度可达 60 MPa·m1/2［4] 。。。

固溶时效是亚稳β钛合金的重要强化步骤，例如，Ti6554 钛合金经过单相区固溶和500 ℃短不断效后强度高达 1590 MPa[5?6] ，并优化出了最佳热处置制度，为（870 ～920 ℃）×30min，空冷 ＋580 ℃ ×10 ｈ[7?9] 。。。 作为亚稳β钛合金，固溶时效也是TB18 钛合金的重要强化步骤，但有关钻研仍较少。。。

为进一步获得TB18 钛合金最佳机能匹配的热处置工艺，在科技工作者前期发展的钻研基础上[10?13] ，本文选取分歧时效温度对TB18 钛合金进行热处置，钻研时效温度对TB18 钛合金力学机能、、显微组织及断口描摹的影响，为该钛合金后续的工程化利用提供肯定的技术参考。。。

1、、试验步骤和资料

试验所用的TB18 钛合金为经两相区镦拔铸造的锻件，其重要化学成分如表 1 所示。。。 为钻研时效温度对TB18 钛合金力学机能和组织的影响，先对钛合金进行了 870 ℃×2h，空冷（ＡＣ）的固溶处置，再别离进行 520、、530、、540 及 550 ℃保温 4h空冷的时效处置。。。

热处置后沿着平行于坯料长度方向，经线切割、、精加工、、磨削等工序制备有效工作直径 ?5 ｍｍ、、标距25 ｍｍ的尺度拉伸试样。。。 每组热处置工艺取 2 个平行试样进行室温拉伸机能测试，室温拉伸试验在 ＡＧ250ＣＮＥ 试验机上进行。。。 选取 Ａｌｐｈａ300Ｒ 型光学显微镜观察和分析显微组织，选取 ＣａｍＳｃａｎ3400 型扫描电镜观察和分析钛合金中次生 α 相的描摹。。。

2、、试验了局与分析

2.1　时效温度对力学机能的影响

分歧时效温度下TB18 钛合金的力学机能如表2所示，由表2数据，绘制TB18 钛合金力学机能与时效温度的关系曲线，如图 1 所示。。。 从表2和图1能够看出，随着时效温度的升高，TB18 钛合金的屈服强度和抗拉强度均降低，伸长率和断面收缩率则均升高，这与金属的通常法规相符。。。 进一步对力学机能数据分析可知，时效温度每升高 10 ℃，抗拉强度降低约 50 MPa，伸长率提高约 1.7％。。。 尤其是其时效温度由 540 ℃升高到 550 ℃时，抗拉强度降低了 78.5 MPa，伸长率提高了 3％。。。 这注明TB18 钛合金力学机能对时效温度极度敏感。。。

值妥贴心的是，其时效温度为 520 ℃ 时，抗拉强度、、屈服强度、、伸长率和断面收缩率都合格，抗拉强度比指标高47.5 MPa，但是伸长率比指标仅高1.5％，收缩率比指标仅高 3％，伸长率和断面收缩率的阔气量都不大。。。 而其时效温度 540 ℃和 550 ℃时，固然伸长率和断面收缩率提高，但是抗拉强度和屈服强度已经不满足该资料的机能指标要求。。。 其时效温度为530 ℃时，抗拉强度和屈服强度别离比指标高 5.5 MPa 和26 MPa，伸长率和断面收缩率别离比指标高 2.8％ 和6％。。。 因而，从合金强度和塑性综合思考，合金时效温度因拔取 530 ℃为宜，也即TB18 钛合金的最佳热处置工艺为870 ℃×2h，ＡＣ，固溶 ＋530 ℃ ×4 ｈ，ＡＣ，时效。。。

2.2　时效温度对显微组织的影响

TB18 钛合金分歧温度时效后出现力学机能的差距跟其微观组织是亲昵有关的。。。 图2（ａ）是TB18 钛合金原始锻态的显微组织，图 2（ｂ）是经 870 ℃×2h 固溶处置后的显微组织。。。 原始组织为经两相区多火次铸造的锻态组织（见图 2（ａ）），组织中存在等轴状初生 α相。。。 两相区铸造是在β转变温度以下 20 ～50 ℃加热后进行铸造，也称为通例铸造，凭据铸造温度通常获得双态组织或等轴组织。。。 而经 870 ℃保温 2 ｈ 空冷的固溶处置后，由于固溶温度比β转变温度高 70 ℃，正本锻态中的藐小的初生 α 相已经齐全转化为等轴β晶粒（见图2（ｂ））。。。 此时，合金晶粒尺寸为 200 ～250 μｍ。。。

值妥贴心的是，只管固溶后冷却方式为空冷，但晶内并没有 α 相析出。。。 这是由于 Ｃｒ、、Ｍｏ 和 Ｖ 都是典型的 β不变元素，β 不变元素可能固溶于β相中不变β相、、扩大β相相区或降低β相相变点。。。 从表 1 能够看出，TB18 钛合金的 Ｃｒ 含量为 5.4％、、Ｍｏ 含量为 5％、、Ｖ 含量为5％，3 个β不变元素（Ｃｒ、、Ｍｏ、、Ｖ）含量累计为15.4％。。。

凭据Mo当量公式可推算出其Mo当量为 13.95，这使得TB18 钛合金在空冷前提下就足以保留高温β相至室温，成为过饱和固溶体。。。 这种过饱和固溶体也为后续的时效析出做筹备。。。

图 3 是TB18 钛合金经 870 ℃ × 2 ｈ 固溶处置后在分歧温度下时效 4 ｈ 后的显微组织。。。 从图 3 能够看出，TB18 钛合金经分歧温度时效后原始β晶界仍清澈可见，显微组织由等轴的原始β晶：：：痛紊 α 相组成。。。 时效温度对原始β晶粒尺寸略有影响，但是总体影响并不显著。。。

为进一步分析分歧时效温度下TB18 钛合金中次生 α 相的微观描摹，对经分歧温度时效的TB18 钛合金进行 ＳＥＭ 观察与分析，了局如图 4 所示。。。 从图 4 能够看出，TB18 钛合金经分歧温度时效后，次生 α 相的微观描摹类似，均为片层状，α 片层之间纵横交错。。。 但时效温度对次生 α 相片层尺寸（长度和厚度）拥有显著的影响。。。 如图 4（ａ） 所示，在 520 ℃ 时效处置 4 ｈ后，α 片层尺寸较为藐小，纵横交错，但由于时效温度较低，部门析出 α 相还没有形成片层结构。。。 随着时效温度升高至 530 ℃（如图 4（ｂ）所示），片层 α 相增多，同时厚度略有增长。。。 从尺寸来看，与520 ℃时效相比，530 ℃时效后片层 α 相散布越发均匀。。。 其时效温度升高到540 ℃和550 ℃时（如图4（ｃ，ｄ）所示），片层 α 相厚度增大显著，甚至起头出现归并成长成厚片层 α相，片层间距也进一步增大。。。 原始β晶粒内部析出的片层 α 相大多相互垂直，也有少量的片层 α 相呈 60°交错。。。

综上分析，随着时效温度的升高，合金内部析出的次生 α 相片层尺寸呈增大趋向。。。 过低温度时效（520 ℃）后，合金组织中次生 α 相片层析出不齐全，只管次生 α相片层尺寸较为藐小，但部门析出 α 相还没有形成片层结构。。。 过高温度时效（550 ℃）后，合金组织中次生α 相片层长大显著、、甚至粗化，片层厚度可达 0.5 μｍ。。。

只有相宜的温度时效（530 ℃）后，合金组织中能力析出均匀、、藐小的次生 α 相片层。。。 这种微观组织也是该时效温度（530 ℃）获得最佳综合力学机能的原因。。。

2.3　时效温度对拉伸断口描摹的影响

图5（ａ，ｂ）是TB18 钛合金经520 ℃和530 ℃时效的宏观拉伸断口描摹，图 5（ｃ，ｄ）是对应的微观断口描摹。。。 从图 5（ａ，ｂ）能够看出，合金拉伸断口由纤维区、、辐射区及剪切唇区组成，且纤维区占比力大。。。 通常来说，纤维区反映资料塑性变形，辐射区反映资料脆性变形，也即纤维区占比越大，资料塑性越好。。。 从宏观断口描摹来看，520 ℃和 530 ℃时效后合金塑性均通常，但530 ℃时效的纤维区占比略大，也就是 530 ℃ 时效比520 ℃时效后塑性略好。。。 进一步对 520 ℃和 530 ℃时效后断口纤维区进行高倍 ＳＥＭ 观察，如图 5（ｃ，ｄ）所示。。。 从图 5（ｃ，ｄ）能够看出，520 ℃和 530 ℃时效后断口均散布着大量藐小韧窝，断口出现大量韧窝是合金塑性断裂的典型特点。。。 此外，530 ℃ 比 520 ℃ 时效后的断口韧窝更深，注明 530 ℃比 520 ℃时效后的塑性更好，与拉伸机能数据一致。。。

3、、结论

1） 随着时效温度升高，TB18 钛合金抗拉强度和屈服强度不休降低，伸长率和断面收缩率提高。。。 从强度和塑性综合思考，其时效温度为 530 ℃时，TB18 钛合金的综合力学机能最好。。。 此时抗拉强度为1285．5 MPa，屈服强度为 1206 MPa，伸长率为7.8％，断面收缩率为16％。。。

2）TB18 钛合金锻态是典型的等轴组织，经870 ℃×2h 空冷固溶处置后为等轴β晶粒，晶粒尺寸为 200 ～250 μｍ。。。

3）TB18 钛合金经分歧温度时效后，次生 α 相的微观描摹类似，均为片层状，α 相片层纵横交错。。。 随着时效温度的升高，合金内部析出的次生 α 相片层尺寸呈增大趋向。。。

参考文件：：：

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