钛合金拥有低密度、、高比强度、、耐蚀耐热等诸多利益，，在航空航天工业得到宽泛利用。。。然而，，航空发起 机工况复杂，，工作时温度可达600℃以上[1－3]，，在这种高温、、长时工作的刻薄要求下，，发起机工作的靠得住 性尤为重要。。。

钛合金的使用温度取决于其热强性和热不变性，，热强保障其在高温使用前提下不至于因强度失效而导致 变乱，，热不变保障其在高温前提下维持自身组织不变，，不至于因组织变动或析出第二相而使构件失效[4]。。。 其中，，热不变性是指合金在高温露出下能维持自身机能不变的能力，，通常用室温拉伸机能和断裂韧性来表征 [6] ，，是衡量发起机工作靠得住性的重要指标之一，，与热强性共同决定钛合金的使用温度。。。

热不变性又蕴含组织不变性和理论不变性2方面。。。组织不变性是指在使用过程中组织和结构不产生变动 的偏差，，一旦过饱和的α、、β、、α′等亚不变相产生等温分化，，对热不变性的影响是不成预估的，，故对高温 钛合金热不变性的钻研现实上是对其组织的钻研。。。从现有钻研来看，，通过增长合金元素能够保障热强性，，但 合金元素含量过多会增长第二相的析出趋向，，给热不变性带来侵害[5]。。。

为此，，从合金元素和加工工艺2方面综述了近些年来关于钛合金组织热不变性的钻研，，以期为制备拥有 良好热不变性、、热强性和更高使用温度的高温钛合金提供参考。。。

1、、合金元素对热不变性的影响

纯钛拥有优异的热不变性，，但抗拉强度低是其固有短板，，为了满足现实出产中的各项要求，，必要定量加 入一些合金元素。。。凭据对β相转变温度的影响，，可将合金元素分为3类:α相不变元素Al、、B、、C、、O、、N等，，中 性元素Sn、、Zr等，，β相不变元素Mo、、Ｖ、、NB、、Fe、、Cr、、Si等[7]。。。凭据元素自身个性以及对合金机能的影响 ，，目前已形成了近α型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si高温钛合金系统[8]。。。多元元素在协同改善钛合金机械机能，，使合 金维持优良热强性的同时，，还可预防合金在长功夫热露出下因析出物增多而引起的组织扭转，，即合金在满足 热强性要求的同时还可能维持肯定的热不变性[9]。。。

1.1 α相不变元素

在高温钛合金中，，Al是不成或缺的合金元素，，其作用有以下几点:①提高钛合金的室和善高温强度；② 提高钛合金的高温抗氧化机能；③降低钛合金的密度[7]。。。Al在钛合金中的存在方式有2种，，一种是以固溶方 式存在，，起到固溶强化的作用；另一种以析出物的大局存在，，即α2有序相，，α2相固然可能起到强化作用，， 但其尺寸、、存在地位、、散布情况会严重影响合金的热不变性[10]。。。为表征合金中α2相的析出偏差，，ＲOｓｅNBErG等[4]提出了铝当量推算公式，，具体如下:

[Al]当＝[Al]＋[Sn]/3＋[Zr]/6＋[O＋2N＋C]×10或[Al]当＝[Al]＋[Sn]/3＋[Zr]/6＋[Si]×4显而易 见，，铝当量越低，，α2相析出偏差越低，，合金的热不变性越好。。。通常节制[Al]当≤8％，，使得合金中不会析出 α2相，，以保障热不变性满足使用要求。。。

李东等[11－13]选取ΣNｉｆｉα表征各合金元素和热不变性的关系，，其中Nｉ代表第ｉ个元素的价电子 数，，ｆｉα代表第ｉ个元素在α相中的原子数分数。。。元素的电子浓度和Ti3X相界之间存在着肯定的关系，，在 进行合金设计时，，凭据电子浓度、、热露出功夫、、使用温度确定均匀电子浓度值NＰ，，使ΣNｉｆｉα≤NＰ，，便能够使合金在充分合金化保障强度的前提下，，确保不析出Ti3X相以满足热不变性的要求。。。

α2相通常在持久时效或热露出过程中析出[14]，，其析出大局重要为共格析出，，与基体存在肯定的取向 关系，，目前发现的有(0001)α2∥(0001)α、、<1120>α2∥(1120)α等[15]。。。ZHａNG等[16]在钻研Ti- 6-22-22合金热不变性时发现，，经过三重热处置后形成的藐小α2相不会影响合金的力学机能，，而粗壮的α2相会造成 力学机能严重降落。。。崔文芳等[17]在钻研ＩMＩ834钛合金的热不变性时发现，，经过600℃/100H热露出后，，基 体析出均匀弥散散布的α2相，，均匀尺寸约为8.8NM；当热露出温度升高至750℃时，，α2相尺寸大幅增长，，合金伸长率由10.9％剧烈降落至6.7％，，热不变性显著降低。。。Ｌｉ等[18]在钻研Al对TA29钛合金热不变性的影响时发现，，热露出8H后，，可能观察 到大量直径<0.5NM的球形α2相，，这些α2相以共格方式从基体中析出；随着热露出功夫的耽搁，，α2相产生粗化，，100H后α2相长大至8NM，，500H后状态过渡为纺锤状，，此时合金固然维持了肯定的塑性 ，，但 断裂韧性显著降低。。。α2相的析出行为也受到其他元素的协同影响。。。

Ｘｕ等[19]在钻研Ｗ元素对Ti-6.5Al-2Sn-4Hｆ-2NB合金影响时发现，，热露出过程中Ｗ会影响α相与β 相中元素的再分配。。。随着热露出功夫的耽搁，，Ｗ在β相中富集，，同时使NB在α相中富集，，α相中NB元素的增 多使得晶格畸变水平增长，，克制了α2相的析出，，减缓了有序化过程。。。别的，，Ｗ还能细化α2沉淀相，，增长4 ％的Ｗ可使α2沉淀相长轴方向由33NM降低至21NM，，短轴方向由20NM降低至14NM，，从而减小α2相对合金塑性 的影响，，使合金的热不变性提升。。。张尚洲等[20]钻研发现，，高温钛合金中参与C元素时会形成树枝状的 Ti3AlC、、Ti3C或有序Ti2C碳化物，，碳化物的存在减缓了热露出过程中α2相的形成，，提高了钛合金的热不变性。。。 别的，，C元素的参与扩大了两相区温度领域[21]，，使得合金在α＋β两相区热处置时Al元素的偏析行为产生 变动，，促使Al在初生α相和β相散布得越发均匀，，降低了α2相的析出量，，从而提高了合金的热不变性。。。

1.2 中性元素

高温钛合金中增长的中性元素重要是Sn和Zr，，与其他元素一路参与能够起到补充强化的作用。。。Zr和Si之 间有着很强的结合力，，故Zr影响着Si在基体中的散布。。。在高温钛合金中，，硅化物中通常会富集Zr，，形成(Ti ，，Zr)5Si3化合物，，且Zr在Ti中的扩散速度比Si小，，因而在长功夫的热露出过程中硅化物的形核长大速度 取决于Zr[22]。。。TC11钛合金中含有Zr和Si元素，，Zr可能置换出Ti5Si3中的少量Ti，，使析出物变为均匀散布且 错配系数更小的(Ti，，Zr)5Si3，，大幅降低Si的不利影响，，使得合金拥有优良的热不变性[23]。。。Zr对Ti-1100 合金 中硅化物的析出也有很大影响，，随着Zｒ含量的增长，，Si的溶化度降低，，硅化物析出偏差增长，，析出位 置由β相逐步转移到α相[24]。。。目前鲜有关于Sn元素对高温钛合金热不变性影响的报道。。。

1.3 β不变元素

在高温钛合金中，，增长的β不变元素有Mo、、Si等。。。Mo自身并不会形成析出物，，重要起固溶强化、、细化晶：透纳坪辖鹑燃庸せ艿淖饔。。。高含量的Mo会推进α2相的析出，，扭转合金的断裂方式，，当Mo含量达到3％时，，合金的热不变性迅速降低，，断裂方式转变为脆断[25]。。。分歧的合金有着分歧的最佳Mo含量。。。Mo含量通常节制在1％以下，，以预防因含量过高推进α2相析出，，导致蠕变机能与热不变性失调 。。。

Ti-5.5Al-4.0Sn-3.4Zr-0.3NB-1.0TA-0.45Si-0.8Ｗ-5.5％，，比不含Mo时逾越2％[26]。。。Si在合金中有2种存在大局，，一种是固溶大局，，其在α相中的固溶度仅为0.45％，，而在β相中的固溶度 达到3％；另一种是以析出物的大局存在，，重要为Ti5Si3、、Ti6Si3等[27－29]。。。大量钻研[15，，18，，30]批注，， 硅化物会优先在两相区天堑或α基体的位错密集处形核长大，，其与基体没有固定的位向关系，，状态多为球状 、、纺锤状。。。

曾立英等[30]在钻研Si对Ti-600合金热不变性的影响时发现，，尺寸细小且均匀散布的硅化物能够提高合 金的力学机能，，尺寸较大且散布不均的硅化物则会降低合金的力学机能。。。TA29钛合金中含有肯定量的Si，，在 热露出过程中硅化物首先会在α片层内形核长大，，并逐步由球形转变为椭球形[16]。。。热露出初期形成的藐小 硅化物能够阻止片层间的滑动，，维持合金的热不变性，，但随着热露出功夫的增长，，长大的硅化物导致位错缠 结堆积加重，，并诱发产生微裂纹，，极大降低合金的塑性和断裂韧性，，热不变性急速降落。。。

高温钛合金中参与的NB、、Mo、、TC等元素均能吸附Si元素，，提高Si的固溶作用，，延缓基体硅化物的析出 [31]。。。而C的参与可能增长Si在基体中的溶化度，，使硅化物的析出数量和尺寸减小，，在高温处置时，，还能使硅 化物散布的更为均匀，，更有利于合金的热不变性[20]。。。

造成合金热不变性降低的重要成分是α2相还是硅化物，，目前尚无定论。。。蔡建明等[15]以为，，导致合金 热不变性降落的重要成分是α2相的析出。。。在一些过期效合金中，，当α2相重溶而硅化物依然大量存在时，，合 金的塑性会显著提升。。。辛社伟等[32]在钻研Ti600合金在600℃下的组织热不变性时，，得出了和蔡建明一样的结论，，即在α2相与硅化物协同降低合金塑性的过程中，，α2相的影响起重要作用。。。而另一种概念以为，，硅化 物对合金塑性降落起重要作用，，在高温处置时硅化物产生溶化，，合金塑性提升[33]。。。

1.4 稀土元素

高温钛合金中增长的稀土元素重要有Gd、、Nd、、Y、、Er等。。。邓炬等[34]在钻研ＩMＩ829钛合金时发现，，增长Gd元素能够提高蠕变机能和热不变性。。。Gd原子与基体中的O结合，，形成不变藐小的氧化物弥散散布 在基体中，，既能够阻止α2相的析出，，又能分散析出硅化物，，因而极大提高了合金的热不变性。。。在高温钛合 金中增长Y元素拥有同样的作用[35]。。。丁蓓蓓等[36]在对新型600℃高温钛合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-NB-Si-0.8Nd 进行钻研时发现，，Nd元素的存在细化了合金晶粒，，使晶粒尺寸由200μM减至100μM。。。

NB元素还能与基体中的O和Sn原子结合，，降低合金的铝当量和均匀电子浓度，，从而克制α2相析出，，提高合金的热不变性。。。Ti60合金中Nd元素的作用亦是如此[37]。。：舻萚38]钻研发现，，在Ti-6Al-2.5Sn-4Zr-0.3Mo-1NB-00.35Si合金中增长Er元素后固然可能形成稀土氧化物，，但氧化物尺寸较大，，且散布不均匀，，并不能克制α2相和硅化物的析出，，因而不能有效提高合金的热不变性。。。

2、、加工工艺对热不变性的影响

高温钛合金的使用机能还取决于合金的显微组织状态，，而组织状态又取决于合金的热处置和热加工过程 [39]。。。高温钛合金在经过热处置或热加工后，，能够得到等轴、、网篮、、双态和片层组织等典型组织[7]。。。钻研 批注，，等轴和双态组织的热不变性好，，片层组织的热不变性差。。。因而，，钻研高温钛合金在高温作用下的组织 转化以及析出物特点对提高合金机能至关重要。。。

2.1 热处置

高温钛合金中所使用的热处置重要是固溶时效，，也称为双重退火。。。凭据文件[40]，，称为固溶时效更为准 确。。。对于近α型钛合金来说，，固溶温度越高，，初生α相的含量越低，，导致塑性变形能力越差，，热不变性降落 ，，因而低的固溶温度有助于提高合金的热不变性。。。段锐等[41]别离在1000、、1020℃对近α型ＴG6钛合金进行 2H固溶处置，，在750℃进行2H时效处置，，最后进行600℃/100H热露出，，发现较低温度固溶的样品在热露出后 塑性降低率更低，，对应着更良好的热不变性。。。对于β型钛合金，，应选取低的固溶温度，，这是由于高的固溶温 度使得合金中α相的析出量增多，，甚至衔接成网状，，晶界的陆续性被粉碎，，使得合金在热露出中的热不变性 降落。。。

赵红霞等[42]钻研了固溶温度对β型Ti-35Ｖ-15Cr-0.15Si-0.05C合金热不变性的影响。。。了局批注，，850℃/1.5H固溶处置后，，合金再经540℃热露出后塑性险些没有损失，，而经950℃/1.5H固溶处置后塑性 降低约20％。。。对于两相钛合金，，应在单相区固溶处置。。。储茂友等[43]钻研发现，，在单相区固溶处置的BＴ25Y 高温钛合金，，经700℃/200H热露出后析出的硅化物均匀藐小，，且随着固溶温度的提高，，析出的硅化物尺寸越 来越大。。。

时效温度和功夫对高温钛合金的热不变性也有影响。。。王旭等[44]别离在700℃和750℃对Ti65合金进行了 5H的时效处置，，随后进行650℃/100H的热露出试验，，钻研了时效温度及功夫对热不变性的影响。。。了局批注，， 经热露出后，，750℃时效处置样品的伸长率较700℃时效处置样品降低约1％。。。在700℃对Ti65合金别离进行2 、、5、、7H时效，，随着时效功夫的耽搁，，热露出后合金的伸长率出现先增长后不变的趋向。。。对于Ti-1100合金，， 在593℃时效166H后就已经析出硅化物，，而Ti3Al化合物的析出速度较慢，，时效1000H后才齐全析出[45]。。。

ZHａNG等[46]钻研时效处置对Ti-6Al-2Cr-2Mo-2Sn-2Zr合金热不变性影响时发现，，随着时效温度的升高 ，，断裂韧性有所提高，，而耽搁时效功夫则会导致断裂韧性降落；在450℃时效功夫即便长达1000H，，也不会析 出硅化物，，而在650℃时效500H时所形成的硅化物尺寸已经达到100~300NM，，且这种硅化物没有单一的化学式 ，，成分介于(Ti，，Zr)5Si3和(Ti，，Zr)6Si3之间，，严重影响合金的力学机能。。。

赵永庆等[47]钻研了分歧热处置对Ti40合金热不变性的影响。。。当仅对Ti40合金进行退火处置时，，如别离 在700℃和600℃进行4H退火，，随后进行500℃/100H热露出，，发现退火温度较高的样品占有更高的延长率，， 即较好的热不变性；而退火温度匹敌拉强度的影响不大。。。对Ti40合金进行淬火＋预时效＋时效处置时，，淬火 温度对热不变性的影响很大[48]。。。当淬火温度为850℃时，，经500℃/100H热露出后，，其延长率仅为3.5％，，相 比未热露出试样(延长率为15.3％)降低了约70％；在550℃下进行热露出时，，随着热露出功夫的耽搁，，晶界 析出相逐步连成一体，，严重影响热不变性[47]。。。而当淬火温度升高至900℃时，，热露出后合金塑性失落，，热不变性降落严重。。。这是由于Ti40合金有着极高的钼当量，，较高温度的淬火推进了析出物在晶界的形核与析出，，弱化了晶界，，加之预时效使得晶界平直化，，造成热不变性降低。。。

2.2 热加工

钛合金通常要经过铸造、、轧制等热加工能力满足使用要求，，分歧的加工方式对合金的热不变性有着分歧的要求。。。王田等[49]钻研了热加工方式对Ti-811合金热不变性的影响。。。利用精锻、、连轧＋精锻、、连轧3种工艺方式将原料加工成?40MM的棒材，，而后进行合适的固溶时效处置。。。钻研发现，，连轧棒材的延长率较高，，精锻棒材的延长率较低，，但也达到了18％，，仅比连轧棒材低3％。。。经过425℃/100H热露出后，，精锻棒材的延长率 略有升高，，连轧＋精锻棒材的延长率险些不变，，而连轧棒材的延长率略有降低，，和精锻棒材持平。。。经3种加 工方式获得的棒材均拥有优良的热不变性，，适合在425℃下长功夫使用。。。

纪小虎[50]钻研了多向铸造对TA15钛合金热不变性的影响。。。在经过多向铸造之后，，TA15钛合金的α相主 要为初生α相和次生α相。。。一方面，，随着铸造道次的增长，，晶粒得到了细化，，但是在热露出过程中，，初生α 相会急剧长大，，使得热不变性变差。。。

另一方面，，多向铸造后次生α相维持着“本征”不变性，，其在热露出过程中险些不发成长大，，有着很好 的热不变性。。。

铸造温度对钛合金的热不变性有很大的影响，，对于分歧类型的钛合金其法规有所分歧。。。YａNG等[51]研 究了等温铸造温度对α＋β型BＴ25Y钛合金热不变性的影响，，发现铸造温度会影响α相的状态与散布，，进而 影响热不变性。。。铸造温度为940℃时，，基体中的α相产生静态球化，，这些藐小弥散散布的α相可能很好地协 调变形，，使合金维持优良的热不变性；但随着铸造温度的升高，，等轴α晶粒逐步衔接成层片状，，堆积在晶界 处，，突破了β晶粒的陆续性，，使得晶粒间的变形协调性降低，，合金的热不变性严重降落。。。而对于近α型钛合 金，，

提高铸造温度可使合金晶粒在热露出前就维持较大的尺寸，，在热露出过程中晶粒长大极度有限，，因而保 持着肯定的热不变性[50]。。。ＷａNG等[52]钻研了铸造温度对Ti-5.8Al-3Sn-5Zr-0.5Mo-1.0NB-1.0TA-0.4Si- 0.2Er合金热不变性的影响，，发现铸造温度不仅影响初生α相的数量，，还会影响初生α相中球状α相和板条状 α相的分配。。。

经过1000℃铸造后，，合金组织由31％的球状α相、、10％的板条状α相和59％的次生α相组成，，而经过 1050℃铸造后则由18％的球状α相、、22％的板条状α相和60％的次生α相组成。。。650℃热露出试验了局批注，， 在较高温度下铸造的合金有着更好的热不变性；热露出过程中沿α/β相天堑析出的硅化物可能克制晶界迁 移和位错滑移，，从而提高资料的热不变性。。。

以上钻研批注，，热加工通过影响分歧相的含量与散布来影响高温钛合金的热不变性。。。故对于分歧的高温 钛合金，，该当选择与其相适应的热加工工艺来获得多态混合组织，，使得热不变性满足使用要求。。。

3、、结语

针对通例高温钛合金的热不变性，，国内外学者进行了大量的钻研，，并获得了丰硕的成就，，但仍旧存在一 些问题:①元素对高温钛合金热不变性的影响是通过钻研是否增长该元素来获得的，，忽略了所增长元素与合 金中其他元素的相互作用；②高温钛合金中合金元素的作用不是孤立单一的，，而是多种合金元素之间相互影 响的协同作用，，要厘清这些元素的协同作用是比力难题的；③高温钛合金中增长的元素种类多、、含量少，，在 批量出产过程中易出现偏析，，难以保障成分均匀化以及有效节制杂质含量，，传统的热加工和热处置也很难消 除这些影响；④目前对于热不变性的钻研过多的强调了局分析，，不足对析出物形成过程中扩散效应的理论研 究。。。

因而，，能够将高温钛合金的成分节制、、热处置及热加工工艺的优化作为下一步钻研方向。。。借助推算机，， 利用现有钛合金数据库，，成立元素含量、、热加工及热处置参数与组织不变性之间的关系。。。相信随着钻研的深 入和技术的发展，，热不变性有关问题将会得到妥善解决，，高温钛合金将在航空航天中阐扬越来越重要的作用 。。。

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