Page 24 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术

对各种因素敏感，如间隙元素含量等。航空航天等发动机更新加速，对高温结构
材料性能提出新的要求。Ti3Al 基金属化合物满足更刚强耐热的要求，北京航空
材料研究院系统研究 Tl3Al 基合金，西北有色金属研究院研制用于 650℃的 TP-

650TiC 颗粒增强钛基复合材料。目前我国对 Ti3Al 基金属化合物研究相比国外存
在较大差距，有必要推动我国相关科研水平提升。
（四）高温钛合金典型组织与性能关系
钛合金具有 α-Ti 与 β-Ti 同素异构体，α 相与 β 相尺寸及分布影响钛合金机

械性能，钛合金微观组织形态取决于合金化学成分，热处理规范等，要想得到期
望的微观组织可通过报考固溶处理、再结晶等热加工处理获得。钛合金可根据要
求力学性能选择显微组织类型，通常分为魏氏组织、双态组织等。转变 β 基体
分布有不连续初生 α 颗粒，α 相包括转变 β 组织中片状 α 相。生成等轴组织条件

是低于双态组织行车温度两相区变形。钛合金不同微观组织形态对应不同的力学
性能，α 合金具有较好的抗蠕变性能。魏氏组织在原始晶粒不粗大下室温抗拉强
度，持久强度较好，但疲劳强度较差，魏氏组织应用不如其他类型广泛。网篮组
织塑性较高，高温持久强度较好。双态组织性能与魏氏组织特点相反，初生 α 颗

粒为 15%~45% 时两相钛合金综合力学性能最佳，在两相五边形抗力相对较大。
等轴组织对其他组织具有较好室温塑性，疲劳极限，但其断裂韧性较差。高温钛
合金抗氧化性是抵抗氧化性气氛腐蚀作用能力，钛合金与氧反应导致塑性降低，
高温钛合金中含有 Al 元素，合金材料化学组成多样，高温钛合金氧化行为通常

采用 Wagner 氧化理论关系式表示。高温钛合金高温下使用组成合金组分发生扩
散，不同温度下使用高温钛合金表现不同的氧化特性。研究对 Ti60 合金进行高
温连续氧化行为分析，发现 720℃时 Ti60 合金有较厚表面富氧层。800℃时内氧
化现象没有 720℃严重，由于次表层较宽贫铝区生成 TiO 2 膜对基体保护作用不

同。Ti60 合金在高温下氧化后次表面贫铝破坏保护性氧化膜生成条件，钛合金在
500℃ ~900℃下氧化行为在文献中较为常见。研究表明 1000℃氧化时，氧化膜粘
附性较好。1100℃氧化时出现开裂，1300℃时氧化层脱落。由于氧化层中 CuO
挥发使得氧化层与基体分离。研究发现 Ti1100 合金在 500℃暴露时，随热暴露时

间延长，压力差作用下使得生成氧化膜致密性下降。高温钛合金氧化机理不同，
随着氧化时间延长，抗氧化能力降低。

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