1 前言

钛合金因其低密度和高比强度而备受重视，是关键的航空航天材料。然而，由于在高温下强度会下降，其应用温度限制在600℃以下。为了解决这个问题，多主元合金（MPEAs）作为一种有前景的策略被提出，它通过多种主要元素形成固溶体来增强机械性能。其高度扭曲的晶格结构提供了强大的固溶强化效应，从而提高了屈服强度。

之前的研究报道了三种不同成分的MPE-Ti合金（Ti₄₅Zr₃₅Al₁₀Nb₁₀（合金A）、Ti₄₅Zr₃₀Al₁₅Nb₁₀（合金B）和Ti₅₅Zr₃₀Al₁₀Nb₅（ 合金C））。研究发现，这些合金经过时效处理后，基体为BCC结构，析出相为HCP相。尽管这些合金在较低温度下提高了屈服强度，但由于其热稳定性较差，且HCP相容易分解，因此很难期望获得进一步的沉淀强化效果。

本研究尝试通过调整成分和控制α-HCP相的热稳定性来提高合金的高温强度。

2 试验方法

基于合金C的成分，研究调整了Ti和Zr的含量，并额外设计了两种合金（Ti₆₅Zr₁₀Al₁₅Nb₁₀（合金D）、Ti₅₅Zr₂₀Al₁₅Nb₁₀（合金E））。为了确定热处理条件，使用Thermo-Calc软件绘制了相图。所有样品均在1273K下均质化处理2小时，并在不同温度下进行了24小时的附加时效处理。使用SEM和EDS观察热处理后的微观结构，并使用XRD研究相结构。对均质化和时效处理后的样品分别在不同温度下进行压缩试验，应变速率为3×10^-4s^-1。

3 试验结果

均质化处理后的合金D和E显示出含有HCP析出相的BCC基体。经过时效处理后，合金D和E均在β-BCC基体上析出了α-HCP相，并伴有白色HCP相（HCP#2）。同时，确认了α-HCP相的热稳定性显著提高，可达1173K。与之前的研究类似，该α-HCP相有助于提高屈服强度。如图1所示，合金D和E在973K时仍能成功保持α-HCP相，压缩试验结果显示其在973K时的屈服强度超过了700MPa。因此，通过固溶强化和沉淀强化的共同作用，合金的强度得到了改善。