為了獲得綜合性能較好的鈦合金，lh-ti.com設(shè)計(jì)研制出一種加Nd新型600℃高溫鈦合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%)，合金的特點(diǎn)是同時含有Mo和Nb兩種β穩(wěn)定元素和一種稀土元素Nd。高溫鈦合金的發(fā)展趨勢則是加入稀土元素。我國在這方面做了很多研究，例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd，向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd，在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金熱穩(wěn)定性主要是通過稀土元素與合金基體中的氧作用，形成復(fù)雜化合物，凈化合金基體，從而提高合金熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性。目前，國外600℃高溫鈦合金研究成果已用于航空發(fā)動機(jī)上，如英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我國研制的600℃高溫鈦合金Ti60和Ti600合金性能已達(dá)到國際先進(jìn)水平，高溫鈦合金的進(jìn)一步發(fā)展受到熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性限制。600℃高溫鈦合金幾乎全是Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Si系近α型高鋁當(dāng)量合金，這種合金會有較高的蠕變強(qiáng)度及瞬時拉伸強(qiáng)度，但經(jīng)長期使用后熱穩(wěn)定性會有不同程度的下降。高溫長時暴露過程中的表面氧化和內(nèi)部顯微組織的變化會顯著降低合金的熱穩(wěn)定性。

 

TC17鈦合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），該合金既可在α+β相區(qū)進(jìn)行鍛造也可在β相區(qū)進(jìn)行鍛造。它不但具有較高的強(qiáng)度、淬透性和斷裂韌性，而且耐熱穩(wěn)定性好，疲勞性能高，熱加工性能好。自上世紀(jì)70 年代以來，它以其優(yōu)異性能逐漸進(jìn)入航空制造領(lǐng)域，并作為壓氣機(jī)盤等鍛件在較高推力的發(fā)動機(jī)上使用?？蒲腥藛T通過三種鍛造溫度，研究鍛造溫度對TC17鈦合金低倍組織亮斑的影響。

 

實(shí)驗(yàn)合金均為真空自耗電弧爐兩次熔煉得到的5kg鑄錠，經(jīng)測定相變點(diǎn)為(1045±5)℃，兩種合金鑄錠均在β相區(qū)開坯，反復(fù)鐓拔后經(jīng)兩相區(qū)最終精鍛成直徑為20mm的棒材。對兩種合金均采用1000℃×1h/AC+700℃×2h/AC的熱處理制度，熱暴露試驗(yàn)是將熱處理后的合金棒加工成拉伸試樣在空氣循環(huán)箱式爐中600℃下放置100h而完成，對熱暴露前后的拉伸試樣進(jìn)行室溫拉伸測試。

 

稀土Nd加入合金中，主要以含有O、Nd、Sn三種元素的稀土相顆粒形式存在，平均尺寸不到6μm，為高溫穩(wěn)定相。合金中彌散分布的稀土相顆粒減小了合金平均晶粒尺寸，并且可以阻礙界面及位錯運(yùn)動，起到提高合金強(qiáng)度的作用。稀土相中含有大量的O和Sn元素，降低合金基體的鋁當(dāng)量，從而抑制了α2相的大量析出，改善了合金熱穩(wěn)定性。

 

試驗(yàn)使用Φ140mmTC17鈦棒。棒材顯微組織為β基體上均勻分布等軸α相，α相含量約為50%。實(shí)驗(yàn)用材料由金相法測得該合金的相變點(diǎn)（α+β/β）為880～900℃。分別在950℃、850℃和830℃的3個溫度下，在2500T快鍛機(jī)上對坯料進(jìn)行60%左右的變形，鍛制成Φ90mm的鈦合金棒材。對3種鍛造溫度生產(chǎn)的鈦棒材進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)，觀察低倍組織亮斑分布情況。在OLYMPUS GX71型金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察，利用能譜（EDS）分析和顯微硬度測試等手段對亮斑進(jìn)行分析，并對鈦棒材經(jīng)840℃/2h.AC＋800℃/4h.WC＋630℃/8h.AC處理后，檢測鈦棒材的力學(xué)性能和金相組織。鍛造溫度決定著鈦合金的組織及性能，在鈦合金的β相鍛造過程中產(chǎn)生β相變是必然要經(jīng)歷的相變過程，但若是在兩相鍛造中則β斑為不允許出現(xiàn)的組織缺陷。通過合理的鍛造溫度選擇，可以有效避免β斑產(chǎn)生。已有的研究表明，β斑點(diǎn)面積越大，對室溫拉伸性能和低周疲勞性能影響越大。