近年來(lái)，以金屬間化合物，特別是以鈦鋁基（Ti3Al,TiAl）為基體的熱強(qiáng)鈦合金的研究取得了迅速的發(fā)展。同傳統(tǒng)的熱強(qiáng)鈦合金相比，這些合金具有較高的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性，但是工藝性較弱一些。為了提高無(wú)論是在室溫，還是在高溫時(shí)鈦鋁化合物的塑性，通常向合金中添加β穩(wěn)定元素，主要是鈮，但是它卻會(huì)提高合金的密度，也就意味著降低了合金的比強(qiáng)度性能和熱強(qiáng)相能。

　　提高鈦基合金的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性時(shí)，其塑性沒(méi)有明顯降低，是由于合金中提高的鋁含量大于它在α-相中的最大溶解度。在20世紀(jì)60-70年代，俄羅斯曾研制出了BT18、BT25、CT4合金，美國(guó)研制出了Ti-8111合金。這些合金的鋁含量為7-9%。但是不久后發(fā)現(xiàn)，這些合金在高溫時(shí)，從α-相中析出以Ti3Al為基體的擴(kuò)散有序的α2-相，在零部件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起合金的脆性易發(fā)生斷裂。因此這些合金沒(méi)有在實(shí)際中使用。

　　但是，如果通過(guò)工藝能保證在局部微量“初始”α-相中發(fā)生有序化流動(dòng)，那么，這種含α2-相的微量元素將起到粒子強(qiáng)化的作用，它可以提高合金的熱強(qiáng)性，同時(shí)降低塑性。熱氫處理就是該工藝的一種，它主要是利用氫的可逆性。研究中顯示，當(dāng)鈦合金中氫飽和時(shí)，α-相和β-相之間的合金元素會(huì)重新分布，由于鋁使α-相富集并析出α2-相。因此，在鈦合金中添加氫，能為金屬間強(qiáng)化合金的形成提供條件。

　　研究材料和方法

　　研究的試樣是從熱強(qiáng)鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si熱軋棒材Φ22mm上切割的，該合金是利用BT9合金的工藝制成的。

　　室溫時(shí)，在CHOL-1.6，2.5，1/9-I4電爐中（達(dá)到900℃）和在高溫電爐CHOL-6/13(達(dá)到1200℃)中進(jìn)行熱處理。

　　在滲氫裝置上，使試樣上的氫濃度達(dá)到0.2%；0.4%；0.6%；0.8%和1.0%，在700-900℃時(shí)以50℃為間隔、以1K/s速度冷卻到室溫。

　　利用AxioObserver光學(xué)顯微鏡放大1000倍進(jìn)行金相研究。通過(guò)NEXSYS ImageExpert Pro3程序體系進(jìn)行金相分析。

　　試驗(yàn)結(jié)果和討論

　　為了便于研究，曾研制了新的試驗(yàn)性合金，研制原型為俄羅斯熱強(qiáng)(α+β)鈦合金B(yǎng)T9(5.8Al-3.5Mo-2.0Zr-0.25Si)。

　　BT9鈦合金可以在450-500℃下進(jìn)行不少于100小時(shí)的工作。在500℃時(shí)，它的極限強(qiáng)度較高（σB =700MPa）,并具有較高的疲勞強(qiáng)度σ500100=600 MPa和蠕變極限σ=5000.2/100=350 MPa。

　　同現(xiàn)有的熱強(qiáng)鈦合金相比，新的鈦合金化學(xué)成分的選擇是基于在較高溫度下保證其熱強(qiáng)性能和工作壽命。

　　根據(jù)所添加的合金元素，試驗(yàn)性鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si屬于近α合金，β→α相轉(zhuǎn)變溫度(Ac3)為1040℃。

　　在初始熱軋態(tài)時(shí)，研究的鈦合金相成分為α-相和β-相，且β-相含量約為8%。為了進(jìn)行平衡態(tài)時(shí)組織的研究，試樣在(α+β)區(qū)、950℃下進(jìn)行3小時(shí)的退火，隨后緩慢冷卻到室溫。試樣預(yù)先退火后，其組織是尺寸為6-10μm的α-相球形顆粒，中間通過(guò)薄膜與β-相隔開(kāi)(圖1α)。

　　在試驗(yàn)過(guò)程中，還研究了滲氫退火溫度和添加氫的含量對(duì)試驗(yàn)性鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si相成分和組織成型的影響。

　　試樣冷卻到室溫后，在900℃滲氫使?jié)舛冗_(dá)到0.2%時(shí)，形成成分不均勻的(α+β)組織。氫濃度提高到0.4%時(shí)，組織中初始α-相數(shù)量的減少，并且在冷卻過(guò)程中形成α″-馬氏體。當(dāng)氫濃度提高到0.6%時(shí)，組織中初始α-相完全消失，形成β+α″-組織，這就證明了多晶轉(zhuǎn)變溫度低于900℃，且降低了實(shí)際冷卻速度。當(dāng)氫濃度提高到0.8%或更高時(shí)，β-相是穩(wěn)定的氫元素，在冷卻時(shí)不會(huì)出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，并且在室溫時(shí)合金的相成分由一種過(guò)飽和氫和亞穩(wěn)定β-相（α″-馬氏體不大于5%）的合金元素組成（圖1б）。

　　在850℃和800℃滲氫使?jié)舛冗_(dá)到0.2-0.6%時(shí)，會(huì)形成四相（α（α2）+α″+ β）組織（圖1в）。隨著氫濃度的提高，組織中馬氏體和α-相的數(shù)量會(huì)減少，此時(shí)α-相晶格周期《α》降低，證明在鋁的作用下發(fā)生了α-相富集（圖2）。 但是在衍射圖上卻出現(xiàn)了α2-相超組織的反射。提高氫濃度到0.8%時(shí)，冷卻到室溫后在α″-馬氏體組織中的馬氏體和α-相完全消失。因此，合金中氫的濃度從0.4%提高到0.8%時(shí)，在合金中形成異相組織，其中初始α-相粒子在有序化流動(dòng)過(guò)程中形成α2-相。

　　當(dāng)滲氫退火溫度降低到700℃，隨著氫濃度的提高，會(huì)出現(xiàn)以下組織的交替：(α+β) →（α（α2）+ β）→（α（α2）+ β+(α+δ)），這里δ——TiH2基體中的相（圖1г）。

　　X射線組織研究結(jié)果顯示，在一定的溫度-濃度范圍內(nèi)，在合金中添加氫，由于鋁使初始α-相富集，相應(yīng)地其晶格周期也縮短。根據(jù)α-相晶格周期可以得出，當(dāng)合金中鋁的含量提高到13-14%，在微量初始α2-相中會(huì)出現(xiàn)α→α2-轉(zhuǎn)變。

　　結(jié)論

　　因此，研究結(jié)果顯示，隨著鋁含量的提高，在鈦合金中添加氫，在一定溫度-濃度條件下，在微量初始α2-相的有序化流動(dòng)過(guò)程中形成（α（α2）+ β）組織。