近年來，以金屬間化合物，特別是以鈦鋁基（Ti3Al,TiAl）為基體的熱強鈦合金的研究取得了迅速的發(fā)展。同傳統(tǒng)的熱強鈦合金相比，這些合金具有較高的熱強性和熱穩(wěn)定性，但是工藝性較弱一些。為了提高無論是在室溫，還是在高溫時鈦鋁化合物的塑性，通常向合金中添加β穩(wěn)定元素，主要是鈮，但是它卻會提高合金的密度，也就意味著降低了合金的比強度性能和熱強相能。
提高鈦基合金的熱穩(wěn)定性和熱強性時，其塑性沒有明顯降低，是由于合金中提高的鋁含量大于它在α-相中的最大溶解度。在20世紀60-70年代，俄羅斯曾研制出了BT18、BT25、CT4合金，美國研制出了Ti-8111合金。這些合金的鋁含量為7-9%。但是不久后發(fā)現(xiàn)，這些合金在高溫時，從α-相中析出以Ti3Al為基體的擴散有序的α2-相，在零部件運轉(zhuǎn)時引起合金的脆性易發(fā)生斷裂。因此這些合金沒有在實際中使用。
但是，如果通過工藝能保證在局部微量“初始”α-相中發(fā)生有序化流動，那么，這種含α2-相的微量元素將起到粒子強化的作用，它可以提高合金的熱強性，同時降低塑性。熱氫處理就是該工藝的一種，它主要是利用氫的可逆性。研究中顯示，當鈦合金中氫飽和時，α-相和β-相之間的合金元素會重新分布，由于鋁使α-相富集并析出α2-相。因此，在鈦合金中添加氫，能為金屬間強化合金的形成提供條件。
研究材料和方法
研究的試樣是從熱強鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si熱軋棒材Φ22mm上切割的，該合金是利用BT9合金的工藝制成的。
室溫時，在CHOL-1.6，2.5，1/9-I4電爐中（達到900℃）和在高溫電爐CHOL-6/13(達到1200℃)中進行熱處理。
在滲氫裝置上，使試樣上的氫濃度達到0.2%；0.4%；0.6%；0.8%和1.0%，在700-900℃時以50℃為間隔、以1K/s速度冷卻到室溫。
利用AxioObserver光學(xué)顯微鏡放大1000倍進行金相研究。通過NEXSYS ImageExpert Pro3程序體系進行金相分析。
試驗結(jié)果和討論
為了便于研究，曾研制了新的試驗性合金，研制原型為俄羅斯熱強(α+β)鈦合金B(yǎng)T9(5.8Al-3.5Mo-2.0Zr-0.25Si)。
BT9鈦合金可以在450-500℃下進行不少于100小時的工作。在500℃時，它的極限強度較高（σB =700MPa）,并具有較高的疲勞強度σ500100=600 MPa和蠕變極限σ=5000.2/100=350 MPa。
同現(xiàn)有的熱強鈦合金相比，新的鈦合金化學(xué)成分的選擇是基于在較高溫度下保證其熱強性能和工作壽命。
根據(jù)所添加的合金元素，試驗性鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si屬于近α合金，β→α相轉(zhuǎn)變溫度(Ac3)為1040℃。
在初始熱軋態(tài)時，研究的鈦合金相成分為α-相和β-相，且β-相含量約為8%。為了進行平衡態(tài)時組織的研究，試樣在(α+β)區(qū)、950℃下進行3小時的退火，隨后緩慢冷卻到室溫。試樣預(yù)先退火后，其組織是尺寸為6-10μm的α-相球形顆粒，中間通過薄膜與β-相隔開(圖1α)。
在試驗過程中，還研究了滲氫退火溫度和添加氫的含量對試驗性鈦合金Ti-9.4Al-2.3Mo-1.8Zr-0.16Si相成分和組織成型的影響。
試樣冷卻到室溫后，在900℃滲氫使?jié)舛冗_到0.2%時，形成成分不均勻的(α+β)組織。氫濃度提高到0.4%時，組織中初始α-相數(shù)量的減少，并且在冷卻過程中形成α″-馬氏體。當氫濃度提高到0.6%時，組織中初始α-相完全消失，形成β+α″-組織，這就證明了多晶轉(zhuǎn)變溫度低于900℃，且降低了實際冷卻速度。當氫濃度提高到0.8%或更高時，β-相是穩(wěn)定的氫元素，在冷卻時不會出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，并且在室溫時合金的相成分由一種過飽和氫和亞穩(wěn)定β-相（α″-馬氏體不大于5%）的合金元素組成（圖1б）。
在850℃和800℃滲氫使?jié)舛冗_到0.2-0.6%時，會形成四相（α（α2）+α″+ β）組織（圖1в）。隨著氫濃度的提高，組織中馬氏體和α-相的數(shù)量會減少，此時α-相晶格周期《α》降低，證明在鋁的作用下發(fā)生了α-相富集（圖2）。 但是在衍射圖上卻出現(xiàn)了α2-相超組織的反射。提高氫濃度到0.8%時，冷卻到室溫后在α″-馬氏體組織中的馬氏體和α-相完全消失。因此，合金中氫的濃度從0.4%提高到0.8%時，在合金中形成異相組織，其中初始α-相粒子在有序化流動過程中形成α2-相。
當滲氫退火溫度降低到700℃，隨著氫濃度的提高，會出現(xiàn)以下組織的交替：(α+β) →（α（α2）+ β）→（α（α2）+ β+(α+δ)），這里δ——TiH2基體中的相（圖1г）。
X射線組織研究結(jié)果顯示，在一定的溫度-濃度范圍內(nèi)，在合金中添加氫，由于鋁使初始α-相富集，相應(yīng)地其晶格周期也縮短。根據(jù)α-相晶格周期可以得出，當合金中鋁的含量提高到13-14%，在微量初始α2-相中會出現(xiàn)α→α2-轉(zhuǎn)變。
結(jié)論
因此，研究結(jié)果顯示，隨著鋁含量的提高，在鈦合金中添加氫，在一定溫度-濃度條件下，在微量初始α2-相的有序化流動過程中形成（α（α2）+ β）組織。
