论文摘要
高温钛合金Ti-5.8Al-4.0Sn-3.5Zr-0.4Mo-0.4Si-0.4Nb-0.4Ta-0.05C（Ti-60A）是一种新型航空航天用近α钛合金。它具有良好的室温性能、高温强度、蠕变性能、热稳定性能和疲劳性能等,准备应用于航空发动机的高压压气机盘和叶片等热端部件。随着高温钛合金工程化的不断需求,需要调整其主要合金成分以满足热强性和热稳定性的要求,尤其调整同晶β稳定元素（Mo、Nb、Ta）的含量。因此,本文研究了不同Mo、Nb、Ta含量对Ti-60A合金的元素分布、显微组织以及抗氧化性能的影响。运用电子探针（EPMA）测定了不同Mo、Nb、Ta含量的Ti-60A合金等轴组织中α相、双态组织中初生α相（αp）和β转变组织（βT）、片层组织中βT的元素含量。结果表明,随着三种同晶β稳定元素Mo、Nb和Ta含量的增加,高温钛合金等轴组织、双态组织和片层组织中各相的Mo、Nb和Ta含量逐渐增加,但在各相中的分配比例不同:在βT中含量偏高,在αp中含量偏低,其中Mo的分配不平衡程度最明显,而Nb和Ta较弱。等轴组织α相中Mo、Nb、Ta的含量稍高于双态组织的αp相,而双态组织βT中Mo、Nb、Ta的含量稍高于片层组织。Mo在βT中的高分配率使α相中Al元素含量增加,这一趋势随Mo含量增加变得更明显。Mo含量的增加对Sn、Zr的分布影响不大。Nb和Ta元素对Ti-60A中其它合金元素分布的影响不大。对不同Mo、Nb、Ta含量的Ti-60A合金显微组织研究表明,Mo含量增加,合金双态组织中等轴αp相的体积分数逐渐减少,平均直径逐渐减小;双态组织和片层组织中βT的内部结构中片状次生α相也越来越细。Nb和Ta对Ti-60A显微组织的影响不大。随Mo含量的提高,Ti-60A合金的β相宽度增加,α片宽度减小;硅化物的长短轴之比也逐渐减小,形状接近球状。硅化物析出位置也发生了变化,由原来的穿过β相致片状α相内到几乎全部在β相内。在β相区加热时,Ti-60钛合金与Ti-60A和IMI834钛合金相比,β晶粒尺寸较小,且随保温时间增加和加热温度升高长大速度较慢。三种钛合金在（βT+20℃）保温时晶粒长大规律可用下述公式描述:DTi-60=115.9+87.6t0.15、DTi-60A= 108.5+121.7t0.34和DIMI834 = 125.3+135.2t0.35。当保温时间为10min时,在βT和（βT +40℃）温度范围内,三种高温钛合金的晶粒长大激活能分别为Ti-60:573.6kJ/mol、Ti-60A:261.4 kJ/mol和IMI834:244.3kJ/mol。同晶β稳定元素Ta和Nb可明显提高高温钛合金的高温抗氧化性能,在试验含量范围内,随Ta、Nb含量的增加,合金抗氧化性能逐渐提高。Ta和Nb对高温钛合金抗氧化性能的作用主要表现为不改变表面氧化物的相组成,促使合金表层氧化物更致密均匀细小,阻止氧的扩散;增加氧化膜与基体界面的粘附性,提高表面的稳定性;明显减少了氧化层的厚度,但对富氧脆性层（氧扩散层）的宽度影响不太明显。Mo的加入显著降低了合金的高温抗氧化性能,具体表现为随Mo含量的增加,表面氧化膜晶粒粗大,氧化层厚度增加。Mo含量越高,Ti-60A合金的抗氧化性能就越差。