BT25 鈦合金是一種綜合性能優(yōu)良的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-W-Si 合金系α+β 型熱強(qiáng)鈦合金。它兼有BT9 合金的高熱強(qiáng)性和BT8 合金的熱穩(wěn)定性，適合在500～550 ℃長時(shí)工作[1]。據(jù)報(bào)道，在500 ℃以下工作時(shí)間可達(dá)6000 h，在550 ℃達(dá)3000 h[2]。因此，BT25 鈦合金是用于發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱強(qiáng)鈦合金，可用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)零件。該合金可加工成鍛件、模鍛件、棒材和其它形式的產(chǎn)品。在前蘇聯(lián)已被列入OCT 等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。本文研究了固溶溫度及冷卻方式對(duì)BT25 鈦合金鍛件組織與性能的影響，可為BT25 鈦合金材料熱處理工藝的制訂提供依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)用料為寶鈦集團(tuán)生產(chǎn)的3 t BT25 鈦合金鑄錠，其化學(xué)成分為（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）: Al: 6.2～7.2， Mo:1.5～2.5，Zr: 0.8～2.5，Sn: 0.8～2.5，W: 0.5～1.5，Si: 0.10～0.25。鑄錠的相轉(zhuǎn)變溫度為1020～1030℃，鑄錠開坯選用β 相區(qū)溫度鍛造，經(jīng)多火次的中間鍛造制成一定尺寸的坯料，最終在兩相區(qū)鍛制成異型鍛件。對(duì)鍛件試樣采用下面2 種熱處理工藝：1）固溶溫度分別為1040 ℃、990 ℃、960 ℃，保溫2h 爐冷至850 ℃后空冷，時(shí)效制度為550 ℃，6 h空冷；2）固溶溫度分別為1040 ℃、990 ℃、960 ℃，保溫2 h 空冷，時(shí)效制度為550 ℃，6 h 空冷熱處理后在Axiovert 200MAT 型顯微鏡上對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織觀察，拉伸性能在CMT5105 型拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試。
固溶溫度和冷卻方式對(duì)顯微組織的影響，采用上述熱處理方案獲得的顯微組織見圖1。
由圖1 可見， 當(dāng)固溶溫度超過相變溫度達(dá)到1040 ℃時(shí)，爐冷的組織為粗大的片狀魏氏組織（見圖1a），空冷的組織為針狀魏氏組織（見圖1d）；固溶溫度在相變溫度以下時(shí)為α+β 轉(zhuǎn)的組織，與960 ℃相比，采用990 ℃固溶處理獲得的顯微組織中初生α 相較大，且含量較少。冷卻方式為爐冷的α 相尺寸比空冷的要粗大，且α 相比例要相對(duì)多一些，這是由于爐冷過程中，試樣緩慢冷卻，在高溫停留時(shí)間長，其組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行的充分，使α 相有時(shí)間長大。
固溶溫度和冷卻方式對(duì)性能的影響，不同的固溶處理工藝及冷卻方式對(duì)應(yīng)的室溫和高溫力學(xué)性能分別見表1、表2。
從表1 和表2 可以看出，固溶溫度在相變溫度以上時(shí)，空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度高，塑性指標(biāo)及沖擊韌性變化不大。這是由于空冷的α 片層細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化的結(jié)果。 固溶溫度在相變溫度以下時(shí)，同一固溶溫度下空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度稍高、斷面收縮率和沖擊韌性要高的多、延伸率變化不大，但屈服強(qiáng)度略有下降。這是由于在相變溫度以下組織為雙態(tài)組織，且空冷的組織中有針狀α 析出物。高溫強(qiáng)度隨著冷卻速度的提高而略有提高趨勢，塑性指標(biāo)變化不明顯。990 ℃和960 ℃固溶處理均能得到好的組織和性能，選擇990 ℃，2 h 空冷+550 ℃，6 h 空冷熱處理制度時(shí)，可以保證強(qiáng)度和塑性的最佳配合。
結(jié)論：1）在相變溫度以下（990 ℃和960 ℃）固溶處理，無論是空冷還是爐冷，得到的組織和性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。2）固溶溫度和冷卻方式對(duì)顯微組織與性能有影響，同一固溶溫度下，空冷的比爐冷的顯微組織細(xì)小。固溶溫度在相變溫度以上，空冷的比爐冷的室
溫強(qiáng)度高，但塑性指標(biāo)及沖擊韌性變化不大。這是由于空冷的α 片層細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化的結(jié)果。固溶溫度在相變溫度以下，同一固溶溫度下空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度稍高、斷面收縮率和沖擊韌性要高的多、延伸率變化不大，但屈服強(qiáng)度略有下降。高溫強(qiáng)度隨著冷卻速度的提高而略有提高趨勢，塑性指標(biāo)變化不明顯。3）選擇固溶溫度為990 ℃，保溫2 h 空冷 + 550℃，保溫6 h 空冷熱處理制度時(shí)，可以保證強(qiáng)度和塑性的最佳配合。
實(shí)驗(yàn)用料為寶鈦集團(tuán)生產(chǎn)的3 t BT25 鈦合金鑄錠，其化學(xué)成分為（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）: Al: 6.2～7.2， Mo:1.5～2.5，Zr: 0.8～2.5，Sn: 0.8～2.5，W: 0.5～1.5，Si: 0.10～0.25。鑄錠的相轉(zhuǎn)變溫度為1020～1030℃，鑄錠開坯選用β 相區(qū)溫度鍛造，經(jīng)多火次的中間鍛造制成一定尺寸的坯料，最終在兩相區(qū)鍛制成異型鍛件。對(duì)鍛件試樣采用下面2 種熱處理工藝：1）固溶溫度分別為1040 ℃、990 ℃、960 ℃，保溫2h 爐冷至850 ℃后空冷，時(shí)效制度為550 ℃，6 h空冷；2）固溶溫度分別為1040 ℃、990 ℃、960 ℃，保溫2 h 空冷，時(shí)效制度為550 ℃，6 h 空冷熱處理后在Axiovert 200MAT 型顯微鏡上對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織觀察，拉伸性能在CMT5105 型拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試。
固溶溫度和冷卻方式對(duì)顯微組織的影響，采用上述熱處理方案獲得的顯微組織見圖1。
由圖1 可見， 當(dāng)固溶溫度超過相變溫度達(dá)到1040 ℃時(shí)，爐冷的組織為粗大的片狀魏氏組織（見圖1a），空冷的組織為針狀魏氏組織（見圖1d）；固溶溫度在相變溫度以下時(shí)為α+β 轉(zhuǎn)的組織，與960 ℃相比，采用990 ℃固溶處理獲得的顯微組織中初生α 相較大，且含量較少。冷卻方式為爐冷的α 相尺寸比空冷的要粗大，且α 相比例要相對(duì)多一些，這是由于爐冷過程中，試樣緩慢冷卻，在高溫停留時(shí)間長，其組織轉(zhuǎn)變進(jìn)行的充分，使α 相有時(shí)間長大。
固溶溫度和冷卻方式對(duì)性能的影響，不同的固溶處理工藝及冷卻方式對(duì)應(yīng)的室溫和高溫力學(xué)性能分別見表1、表2。
從表1 和表2 可以看出，固溶溫度在相變溫度以上時(shí)，空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度高，塑性指標(biāo)及沖擊韌性變化不大。這是由于空冷的α 片層細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化的結(jié)果。 固溶溫度在相變溫度以下時(shí)，同一固溶溫度下空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度稍高、斷面收縮率和沖擊韌性要高的多、延伸率變化不大，但屈服強(qiáng)度略有下降。這是由于在相變溫度以下組織為雙態(tài)組織，且空冷的組織中有針狀α 析出物。高溫強(qiáng)度隨著冷卻速度的提高而略有提高趨勢，塑性指標(biāo)變化不明顯。990 ℃和960 ℃固溶處理均能得到好的組織和性能，選擇990 ℃，2 h 空冷+550 ℃，6 h 空冷熱處理制度時(shí)，可以保證強(qiáng)度和塑性的最佳配合。
結(jié)論：1）在相變溫度以下（990 ℃和960 ℃）固溶處理，無論是空冷還是爐冷，得到的組織和性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。2）固溶溫度和冷卻方式對(duì)顯微組織與性能有影響，同一固溶溫度下，空冷的比爐冷的顯微組織細(xì)小。固溶溫度在相變溫度以上，空冷的比爐冷的室
溫強(qiáng)度高，但塑性指標(biāo)及沖擊韌性變化不大。這是由于空冷的α 片層細(xì)小，細(xì)晶強(qiáng)化的結(jié)果。固溶溫度在相變溫度以下，同一固溶溫度下空冷的比爐冷的室溫強(qiáng)度稍高、斷面收縮率和沖擊韌性要高的多、延伸率變化不大，但屈服強(qiáng)度略有下降。高溫強(qiáng)度隨著冷卻速度的提高而略有提高趨勢，塑性指標(biāo)變化不明顯。3）選擇固溶溫度為990 ℃，保溫2 h 空冷 + 550℃，保溫6 h 空冷熱處理制度時(shí)，可以保證強(qiáng)度和塑性的最佳配合。
