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展。同傳統的熱強鈦合金相比，這些合金具有較高的熱強性和熱穩定性，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%。但是不久后發現，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，在零部件運轉時引起合金的脆性易發生斷裂。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BT9(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。

　　同現有的熱強鈦合金相比，新的鈦合金化學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相轉變溫度(Ac3)為1040℃。

　　在初始熱軋態時，研究的鈦合金相成分為α-相和β-相，且β-相含量約為8%。為了進行平衡態時組織的研究，試樣在(α+β)區、950℃下進行3小時的退火，隨后緩慢冷卻到室溫。試樣預先退火后，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℃滲氫使濃度達到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-相是穩定的氫元素，在冷卻時不會出現馬氏體轉變，并且在室溫時合金的相成分由一種過飽和氫和亞穩定β-相（α″-馬氏體不大于5%）的合金元素組成（圖1б）。

　　在850℃和800℃滲氫使濃度達到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-相的數量會減少，此時α-相晶格周期《α》降低，證明在鋁的作用下發生了α-相富集（圖2）。 但是在衍射圖上卻出現了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射線組織研究結果顯示，在一定的溫度-濃度范圍內，在合金中添加氫，由于鋁使初始α-相富集，相應地其晶格周期也縮短。根據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α→α2-轉變。

　　結論

　　因此，研究結果顯示，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。