随着新一代航空航行器向高速化、大型化、结构重大化及提高燃油效率等偏向的跨越式生长，，，，，，，需要在其结构设计中使用综合性能更高的轻金属质料[1-3]。。。。。。现在钛及钛合金在飞机机体结构上的应用已取得优异的减重效果，，，，，，，知足飞机高无邪性、高可靠性和长寿命的设计需要，，，，，，，其用量已成为权衡飞机选材先进水平的一个主要标记。。。。。。超高强度钛合金作为结构件质料应用于航空、航天等需要高强度的部位,特殊是在航空领域,可以进—步提高飞机钛合金构件的比强度,提高结构效率，，，，，，，实现更好的减重效果[4]。。。。。。高强钛合金通常是通过高合金化实现强度凌驾1100 MPa,可用于制造强度要求高、实现减重效果的承力构件。。。。。。现在，，，，，，，获得乐成应用的高强钛合金主要包括 Ti-10-2-3、Ti-15-3、β-C、β-21S、BT22、TC21 和 Ti-5553 等[5-11]。。。。。。

近年来,随着航空航天工业对超高强钛合金的需求越来越迫切，，，，，，，相关研究单位相继开展了 1300 MPa级甚至更高强度级别的超高强钛合金的研制事情[12-15]。。。。。。通过新型合金化、形变强化、相变强化和强韧化组织控制等综合强韧化手艺,在强度-塑性-韧性等综合性能优异匹配的条件下,可以实现钛合金强度品级越来越高，，，，，，，用于航空承力构件可获得更大的减重效益，，，，，，，实现更大的减重效果，，，，，，，具有主要的意义。。。。。。

本文针对自主研制的_种新型Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr系亚稳β型超高强钛合金开展固溶时效处置惩罚，，，，，，，对其组织和力学性能的影响纪律举行研究,以期实现其优异的强塑性匹配,为其工程化应用提供数据支持。。。。。。

1、试验及要领

试验接纳的是自主研制的一种新型Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr系多元强化亚稳β型超高强钛合金质料，，，，，，，其质量分数如表1所示，，，，，，，经3次真空自耗熔炼获得铸锭，，，，，，，举行开坯改锻后获得小规格锻坯。。。。。。通过金相法测得原质料的相变点温度约为815℃。。。。。。图1为原质料的显微组织，，，，，，，由等轴或短棒状的初生α相和基体β相组成，，，，，，，相比于短棒状初生α相,等轴状初生α相含量较多,尺寸约1~3μm,漫衍较为匀称。。。。。。

对原质料举行固溶时效处置惩罚，，，，，，，试验计划详细参数如表2所示。。。。。。制备钛合金金相试样，，，，，，，使用Leica DMI5000M光学显微镜对其举行显微组织视察与剖析。。。。。。在Zeiss Supra-55扫描电子显微镜装备上对显微组织和室温拉伸断口的组织形貌举行表征与剖析。。。。。。

依据GB/T 228.1-2010《金属质料拉伸试验第1部分：室温试验要领》开展室温拉伸测试，，，，，，，同种状态的试样各举行3次拉伸试验，，，，，，，然后求取平均值；；；；；；；；依据GB/T 3075-2008《金属质料疲劳试验轴向力控制要领》开展室温、空气情形下的轴向高周疲劳试验,加载频率为100 Hz,应力比为R=0.1,最大应力水平介于700~1100 MPa之间,疲劳寿命凌驾1 x 10⁷时则终止试验。。。。。。接纳升降法盘算存活率为50%条件下的中值疲劳极限。。。。。。本研究所接纳的力学性能试样如图2所示。。。。。。

2、效果与讨论

2.1室温拉伸性能

钛合金经固溶时效处置惩罚后,其室温拉伸性能如图3和表3所示。。。。。。图3中室温所对应的数据点为原质料的拉伸性能数据。。。。。？？？？？？？梢钥闯觯，，，，，，该超高强钛合金经固溶处置惩罚后，，，，，，，抗拉强度抵达900 MPa以上,屈服强度靠近900 MPa,塑性较好。。。。。。经时效处置惩罚后，，，，，，，该合金具有极高的强度，，，，，，，同时具有较好的塑性。。。。。。在500℃时效后，，，，，，，该合金抗拉强度最高，，，，，，，抵达1500 MPa以上，，，，，，，屈服强度在1450 MPa以上;随着时效温度的提高，，，，，，，合金强度下降，，，，，，，塑性呈增添趋势。。。。。。在520℃时效条件下，，，，，，，抗拉强度为1508 MPa,屈服强度为1439 MPa,延伸率为7.6%,质料具有优异的强度和塑性性能匹配。。。。。。

2.2显微组织

钛合金经固溶时效处置惩罚后的显微组织如图4所示。。。。。？？？？？？？芍，，，，，，该合金在相变点以下举行固溶处置惩罚后，，，，，，，其组织为α+β双相组织,在合金β基体上弥散漫衍着细小的初生α相颗粒，，，，，，，初生α相形态为等轴和短棒状，，，，，，，其中，，，，，，，等轴初生α相含量相对较多。。。。。。时效态的显微组织由微米标准的初生α相颗粒和弥散漫衍着大宗纳米标准的次生α相的β转变组织组成，，，，，，，呈等轴状、短棒状的初生α相在基体晶粒界面和内部均有漫衍，，，，，，，同时在β基体相内弥散漫衍着大宗的针状或片条理生α相。。。。。。

团结其室温拉伸性能和显微组织综合剖析,超高强钛合金经时效处置惩罚后,其抗拉强度R_m、屈服强度R_p0.2及弹性模量E相比固溶态合金均有了大幅度提高，，，，，，，主要缘故原由是：固溶态合金保存了大宗的亚稳β相，，，，，，，经时效处置惩罚后,在亚稳β相内析出了大宗的片层状次生α相，，，，，，，这些细小弥散漫衍的次生α相片层通过与位错的交互作用使得合金爆发显着的沉淀强化，，，，，，，宏观体现为抗拉强度、屈服强度及弹性模量等力学性能的提高。。。。。。这是由于亚稳β钛合金中的β相是亚稳相，，，，，，，其热力学稳固性很低，，，，，，，具有很强的爆发β->α相变的倾向，，，，，，，通过时效热处置惩罚很容易使α相析出。。。。。。因其α相析出的驱动力较量高,析出的α相通常是细小弥散的，，，，，，，使得该类合金具有优良的时效强化效应，，，，，，，从而能获得比α+β型钛合金更高的强度[6]。。。。。。因此，，，，，，，析出相强化是现在高强度亚稳β钛合金最有用的一种强化方法。。。。。。现在,对亚稳β钛合金的力学性能与微观组织的关系的研究大多基于这一特点,即通过时效析出大宗的次生α相,以获得很是高的强度[16]。。。。。。另外，，，，，，，该超高强钛合金经时效处置惩罚后，，，，，，，其延伸率A和断面缩短率Z相比固溶态均有了差别水平的降低，，，，，，，其主要缘故原由是大宗次生α相弥散漫衍,且呈针状或细片层状，，，，，，，容易引起应力集中，，，，，，，使得合金在加载历程中过早断裂,宏观体现为延伸率和断面缩短率等塑性性能降低。。。。。。上述效果与Mainak等［17］对古板高强钛合金Ti-5553合金的微观组织与其拉伸力学性能关系的研究效果相吻合，，，，，，，均发明全β相组织的试样强度最小。。。。。，，，，，，断后伸长率最高；；；；；；；；含有大横纵比α相显微组织的试样具有较好的强度和塑性匹配；；；；；；；；而含有小横纵比α相显微组织的试样虽然强度最高,但其塑性最低，，，，，，，这是由于此类显微组织在变形中可以提供更多的α/β界面,从而显著提高位错运动的阻力。。。。。。

由于亚稳β钛合金的组织演变对温度较为敏感，，，，，，，热处置惩罚温度相差几十℃就会导致显微组织有较大差别。。。。。。而钛合金的力学性能强烈依赖于α相的特征参数（如含量、形貌、尺寸等）,因此热处置惩罚工艺参数差别会导致力学性能爆发较大转变。。。。。。本文对该钛合金在β转变温度以下20℃的固溶处置惩罚，，，，，，，既可包管组织中获得一定含量的初生α相,改善合金塑性，，，，，，，同时初生α相也可抑制β晶粒的太过长大,有利于提高质料强度性能個溶后组织中形成大宗的亚稳β相,在后续500-540℃温度规模内时效历程中可析出细片次生α相，，，，，，，这些析出的细小次生α相能够起到细化晶粒的作用，，，，，，，并且提供大宗的α/β界面阻碍位错运动，，，，，，，从而使用沉淀强化提高了钛合金强度。。。。。。关于亚稳β钛合金而言，，，，，，，细小弥散的针状α相有助于提高合金强度,而匀称的粗大片层状α相有助于提高合金塑性［役室温拉伸测试效果批注,该钛合金抗拉强度、屈服强度划分由500℃时效后的1527 MPa、1468

MPa下降至540℃时效后的1430 MPa. 1380 MPa,断后伸长率由500℃时效后的5.7%增添至540℃时效后的7.2%;断面缩短率由500℃时效后的22%增添至540℃；；；；；；；；时效后的30%。。。。。。由图4可知,随着时效温度的一直升高，，，，，，，初生α相的转变并不显着,而弥散漫衍于β基体内的次生α相的析出数目随着时效温度的升高逐渐增添，，，，，，，并且扩散激活能增添导致其群集粗化，，，，，，，次生α相尺寸增大,显微组织中α/β界面镌汰,造成合金的强化效果削弱、强度降低。。。。。。另一方面,随着时效温度的增添，，，，，，，次生α相越发弥散化地漫衍在β基体上,并且次生α相群集并粗化后针状形貌的尖角钝化，，，，，，，显微组织中α/β界面镌汰也会减小位错运动的阻碍,均会在一定水平上降低变形历程中的应力集中水平,延缓合金的断裂,从而改善合金的塑性。。。。。。

2.3拉伸断口剖析

图5为钛合金锻坯原质料、固溶态和固溶时效态合金的拉伸断口形貌。。。。。？？？？？？？芍,差别状态的钛合金拉伸断口均泛起典范的杯锥状特征,拉伸断口处保存显着的宏观塑性变形特征，，，，，，，拉伸断口外貌主要由纤维区和剪切唇区组成；；；；；；；；微观形貌显示断口外貌均保存大宗的等轴状韧窝。。。。。。韧窝是合金在微区规模内经塑性变形爆发的显微朴陋,差别热处置惩罚状态下大宗韧窝的保存批注合金均具有一定的塑性和韧性。。。。。。上述断口外貌的宏观和微观特征批注拉伸断口均为韧性断裂。。。。。。钛合金锻坯原质料（图5 （ a） ） 和固溶态合金（图5 （ b） ） 的拉伸断口外貌纤维区升沉较大,等轴韧窝相对较深,尺寸较大，，，，，，，批注前两种拉伸样品的塑性相对较好；；；；；；；；500乜时效态（图5 （ c） ） 和520°C时效态（图5 （ d） ） 合金拉伸断口的外貌纤维区升沉相对较小。。。。。，，，，，，尤其以图5（C）拉伸断口的外貌升沉最小,等轴韧窝相对较浅,尺寸较小。。。。。，，，，，，批注后两种状态的拉伸样品相比于前两种拉伸样品，，，，，，，塑性有所降低。。。。。。上述剖析效果与室温拉伸力学性能效果一致，，，，，，，即钛合金锻坯原质料和固溶态合金的塑性优于固溶时效态合金，，，，，，，并且，，，，，，，随时效温度的增添，，，，，，，固溶时效态合金的塑性呈增添趋势。。。。。。

2.4疲劳性能

上述剖析批注，，，，，，，在520℃时效条件下，，，，，，，该合金具有优异的强度和塑性匹配。。。。。。对该条件下的超高强钛合金举行室温高周疲劳测试,将试验数据凭证升降法举行配对处置惩罚，，，，，，，凭证式（1）盘算其中值疲劳极限，，，，，，，即存活率为50%的疲劳强度。。。。。。

式中,S₅₀为存活率为50%的中值疲劳强度;n为有用试样总数；；；；；；；；m为应力品级的数目；；；；；；；；v_i为第i级应力品级下的有用试验次数;s_i为第i级应力水平。。。。。。

凭证上述要领盘算获得520℃时效条件下,其中值疲劳极限为868 MPa。。。。。。别的,在700 MPa应力水平下,一连举行5支样品的高周疲劳试验，，，，，，，其疲劳寿命均凌驾1 X 10⁷周次,批注该合金在测试条件下的高周疲劳强度不低于700 MPa。。。。。。综上批注在该状态下，，，，，，，该合金具有较好的高周疲劳性能。。。。。。

通过对疲劳断裂后的断口微观剖析可以研究断口的形貌，，，，，，，剖析质料断裂类型和性子、断裂模式、断裂路径、断裂缘故原由和机理，，，，，，，在理论研究和工程实践中都有着十分主要的作用。。。。。。断口 SEM剖析发明,试验中所有试样疲劳断口均显示出典范的高周疲劳断口特征，，，，，，，整个断口分为裂纹源区、稳固扩展区和瞬断区，，，，，，，如图6所示,该样品最大应力为850 MPa,疲劳寿命为576300周次。。。。。。

裂纹源区位于断口一侧靠近外貌的位置(图6 (a))；；；；；；；；高周疲劳裂纹萌生通常是由外貌不可逆的周期性滑移导致应变集中,累积到一定水平后导致裂纹形核,实现裂纹萌生历程(图6 (b));裂纹萌生后,以疲劳条纹扩展模式向内部扩展(图6 (c))；；；；；；；；在断口上能够视察到延伸至样品内部的河流名堂。。。。。。稳固扩展区断口外貌较为平展,宏观标准下的疲劳裂纹以条纹扩展模式,沿与加载偏向险些笔直的偏向继续扩展，，，，，，，直光临界裂纹尺寸，，，，，，，形成过载的瞬断区，，，，，，，该区域通常具有典范的韧窝和撕裂棱特征(图6 (d))。。。。。。

3、结论

(1) 自主研制的新型Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr系亚稳β型超高强钛合金,其原质料显微组织由等轴或短棒状的初生α相和基体β相组成，，，，，，，经790 P固溶、520~540℃时效处置惩罚后，，，，，，，显微组织由初生α相和弥散漫衍着大宗次生α相的β转变组织组成。。。。。。

(2) 时效温度对该合金的力学性能影响较为显著。。。。。。在本文试验条件下，，，，，，，在固溶温度790℃、500~540℃时效温度规模内，，，，，，，随着时效温度的升高,其合金强度下降，，，，，，，塑性则呈增添趋势。。。。。。其抗拉强度、屈服强度划分由500℃时效后的1527 MPa, 1468 MPa下降至540℃时效后的1430 MPa、1380 MPa;断后伸长率由500℃时效后的5.7%增添至540℃时效后的7.2%；；；；；；；；断面缩短率由500℃时效后的22%增添至540℃时效后的30%。。。。。。

(3 )在790℃固溶、520℃时效处置惩罚条件下,该合金的抗拉强度为1508 MPa,屈服强度为1439 MPa、断后伸长率为7.6%,断面缩短率为33%,具有较好的强塑性匹配。。。。。。其室温平滑(K_t=1)轴向高周疲劳性能较好，，，，，，，中值疲劳极限为868MPa。。。。。。

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