【摘 要】
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钛合金由于具有较高的比强度和良好的韧塑性得到了广泛应用。其中Ti-Fe系合金呈现出了超过2GPa的强度和一定的塑性,因而逐渐受到关注。本文通过真空电弧熔炼后吸铸的方法制备了(Ti70.5Fe29.5)100-xYx（x=0,1,2,3,4）合金,探究Y元素对其组织和力学性能影响。在此基础上选取(Ti70.5Fe29.5)98Y2成分,使用固溶元素Nb、Cr和间隙元素O、C替代一定量的Fe元素,分析
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钛合金由于具有较高的比强度和良好的韧塑性得到了广泛应用。其中Ti-Fe系合金呈现出了超过2GPa的强度和一定的塑性,因而逐渐受到关注。本文通过真空电弧熔炼后吸铸的方法制备了(Ti70.5Fe29.5)100-xYx（x=0,1,2,3,4）合金,探究Y元素对其组织和力学性能影响。在此基础上选取(Ti70.5Fe29.5)98Y2成分,使用固溶元素Nb、Cr和间隙元素O、C替代一定量的Fe元素,分析其对其组织和力学性能影响。研究结果表明:（1）向Ti-Fe共晶合金中添加稀土元素Y后,组织呈现出亚共晶特征,即先析出枝晶状β-Ti和片层状（Ti Fe+β-Ti）共晶组织。其中Ti70.5Fe29.5中片层状Ti Fe相厚度在1μm左右,而(Ti70.5Fe29.5)98Y2共晶区域片层状Ti Fe相厚度仅在300nm左右,组织实现了大幅度细化。（2）Ti-Fe-Y系合金的强度和塑性由于组织细化程度的不同,随着Y元素含量的增加,同向呈现出先上升后下降的趋势,但较Ti70.5Fe29.5而言均得到了较大幅度的提升。其中(Ti70.5Fe29.5)98Y2的综合力学性能最为优良,抗压强度为2447MPa,塑性应变量达到了14.2%,而Ti-Fe共晶合金的抗压强度仅为2058MPa,塑性应变量仅有6.0%。（3）少量的Nb元素能够使得Ti-Fe-Y系合金的共晶组织进一步细化,而过量的Nb元素能够细化先析出β-Ti相。其中(Ti70.5Fe24.5Nb5)98Y2抗压强度为2472MPa,塑性应变量为20.7%,而(Ti70.5Fe19.5Nb10)98Y2抗压强度为2337MPa,塑性应变量为36.4%。因而,Nb元素能够使得合金材料的塑性显著提升,且几乎未对抗压强度造成影响。（4）由于Cr原子半径与Ti原子相差较大,因而使得Ti-Fe-Y系合金基体β-Ti相得到了较大程度的粗化,进而使得Fe元素在基体中溶解度下降,最终沿着晶界析出形成网状组织,造成综合性能大幅度下降。其中(Ti70.5Fe24.5Cr5)98Y2和(Ti70.5Fe19.5Cr10)98Y2的抗压强度分别为1430MPa和1301MPa,塑性应变量分别为2.2%和6.9%。（5）微量O元素的存在对于Ti-Fe-Y系合金的组织形态和两相尺寸几乎未产生影响,仅是富Y的球状相有所减少。分析认为,这是由于微量的O原子能够与基体中富余的Y原子相结合,进而减少了脆性相的析出。其中(Ti70.5Fe29.25O0.25)98Y2和(Ti70.5Fe29O0.5)98Y2的抗压强度分别为2477MPa和2310MPa,塑性应变量分别为13.4%和18.0%,二者均未发生明显变化。因而,Ti-Fe-Y系合金对O元素并不敏感。（6）C原子能够与Ti原子结合生成Ti C并弥散分布于基体中,进而使得Ti-Fe-Y系合金材料的强度有所提升。其中(Ti70.5Fe29.25C0.25)98Y2和(Ti70.5Fe29C0.5)98Y2的抗压强度分别为2503MPa和2536MPa,塑性应变量分别为10.0%和13.9%。因而,C元素作为Ti-Fe-Y系合金的有效强化元素,随其含量的增加,强化效果愈发明显,且对塑性影响不大。
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