Zr含量对BT25合金等温锻件组织及性能的影响

钛合金作为当代飞机和航空发动机的重要结构材料之一，可有效提高航空发动机的推重比，特别是高强度耐热钛合金在这方面更突出。BT25合金属于马氏体型的α+β两相钛合金。该合金中含高熔点的元素W，大大提高该合金的热强性，从而使得该合金的最高使用温度（550℃）和工作寿命得到很大程度提高。

据文献报道：BT25合金在500℃以下工作时间可达6000h，在550℃可达3000h，是用于制造发动机压气机零部件的理想热强钛合金。

随着大推比发动机型号的不断发展，BT25合金发动机盘件的高温使用寿命受到限制。不同合金元素含量对BT25合金的高温性能的影响鲜有报道。鉴于此，研究人员通过采用等温锻造工艺，研究了Zr含量对BT25合金等温锻件组织及性能的影响。

试验原材料为两种不同成分的（α+β）相BT25合金棒材，合金采用真空感应+真空自耗熔炼工艺，规格为Φ270mm。合金Zr含量分别为3.86%、1.65%，含量均为质量百分数。采用金相法分别测得合金的（α+β）／β相变点分别为1025、1055℃。两种合金初始组织分别为典型的双态组织和等轴组织。

首先将两种合金在α+β两相进行改锻，得到组织均匀、细小的两相区组织；然后分别在α+β两相区进行等温镦饼，加热温度控制在相变点下30℃，变形量控制为50%；最后进行热处理。热处理制度为：相变点下30℃保温2h，AC；540℃×6h，AC。将热处理后的合金试料进行加工，分别进行室温和高温拉伸强度、高温热稳定、断裂韧性等性能测试。利用显微电镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察合金的显微组织及拉伸试样断口形貌。试验结果表明：

（1）采用等温镦饼工艺（温度控制相变点下30℃，变形量控制50%），可充分破碎原始的晶粒，得到细小、均匀的α+β组织，提高了合金的组织均匀性。

Zr含量的增加，促使金属流线的形成，同时抑制了锻后合金晶界α的形核及长大。

（2）随Zr含量的增加，BT25合金室温拉伸强度提高了161MPa，500℃高温拉伸强度提高了123MPa，550℃高温拉伸强度提高了96MPa，热稳定强度提高了57MPa，断裂韧性由68.9MPa•m1/2提高至85.5MPa•m1/2。

（3）通过提高合金中Zr元素含量，可有效提高BT25合金的高温综合性能，从而提升该合金的使用空间，对航空发动机的发展具有重要意义。