文 献 综 述

1 引言

钛是 20 世纪 50 年代后受到人们极大关注的一种金属，已经成为一种新型的功能材料和重要的生物材料，在航天航空、船舶以及医用领域等得到了广泛的应用。该金属的特点是耐蚀、超导、储氢、形状记忆、重量轻、超弹性模量和高阻尼等，是继铁、铝之后，获得了正在崛起的”第三金属”的美誉，该金属具有工业价值高，资源寿命长以及广阔的发展前景。20 世纪 50 年代初，钛首次在飞机获得了成功的应用，尽管当时每架飞机用钛量仅占飞机质量的 1%，但是也奠定了钛合金在航空工业中广阔的前景。钛及钛合金因具有比强度高"耐腐蚀性好等优点，已被广泛应用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域[1,2]。目前，航天航空工业对新型结构材料提出了更高的要求，不再仅仅追求单一高强度，而是要求新型结构材料具有高性能以及多功能化（如强度高、弹性模量好，轻质以及耐高温性能等）。其中结构钛合金作为一种新型的结构材料，目前在航空航天中的应用钛合金（强度一般都低于 1300MPa）已不能满足其需求，为了提高其的使用性能，需要研究开发综合性能更好的新型结构钛合金。

β 钛合金中的近 β 合金含有临界浓度附近的 β 稳定元素，在固溶状态具有良好冷加工性能，固溶时效状态下具有良好的强度、塑性、断裂韧性匹配，且热加工工艺性能十分优异，加工温度及变形抗力远远低于大多数工业钛合金。AMTi15-N（名义成分为Ti-3Al-5Mo-1Fe-4Cr-2Nb）合金是一种新型近β钛合金，由南京工业大学先进金属材料研究院设计研制的具有深淬透性、热加工性能好、良好的抗腐蚀能力及良好的强度、韧性、塑性匹配的合金。对于结构材料，强化和韧化是极为重要的研究指标。但是高强钛合金的强度水平的提高，断裂韧性下降，合金的强化在一定水平上同时受塑性和韧性的制约。基于此，本课题研究不同的时效工艺参数（温度、时间）对合金显微组织和力学性能的影响，找出规律，通过合适的时效工艺使AMTi15-N合金具有良好的强度韧性匹配。

2 高强钛合金国内外发展现状

高强高韧钛合金一般指抗拉强度在1000MPa以上，断裂韧性在55MPa#183;m1/2以上的钛合金。其中国外的高强高韧钛合金主要为美国的 Ti-1023，俄罗斯的BT22合金，以及新型的Timetal555合金，而中国的高强高韧钛合金则为TB2和TB10合金等。高强高韧钛合金一般都为β钛合金，组织以β相为主。这是因为β钛合金在固溶处理下的冷成型性和淬透性较好，合金时效后析出次生α相（αs）可大幅度提高合金强度。

2.1 高强钛合金国外发展现状

2.1.1 Ti-1023合金

Ti-1023（Ti-10V-2Fe-3Al)合金是美国 Timet公司于1971年研制成功，迄今为止应用最为广泛的一种高强韧近β钛合金[3,4]。Ti-1023的成功应用应归结于它是一种高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金[5]。为了提高合金的锻造性能和断裂韧性，要求合金中Fe的含量低于2%，O的含量限制在0.13%以下[6]。在同等强度等级下，合金在两相区固溶处理得到的组织具有良好的塑性[7,8]。Boyer[9]将Ti-1023与TC4的锻造流变应力进行比较，表明在使用相同的锻造设备和模具时，Ti-1023更易于变形。换言之，Ti-1023 比TC4可以在更低的温度下模锻，而锻后经热处理还可获得更佳的性能。表1所列为Ti-1023合金大规格棒材不同热处理制度下的室温力学性能，图1为Ti-1023合金在波音777上应用部件，图2所示为该合金棒材的显微组织。