美國(guó)Timet公司設(shè)計(jì)開發(fā)了一種抗氧化性能優(yōu)異的鈦合金材料，其名義化學(xué)成分為Ti-3Al-2.7Nb-15Mo-0.2Si，并將其命名為TIMRT21s，由于其為亞穩(wěn)定β型鈦合金，后期通稱為β21s鈦合金。研究發(fā)現(xiàn)，β21s鈦合金不僅抗氧化性能優(yōu)異，而且該合金的抗腐蝕性能高出普通鈦合金1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。該合金由于在固溶狀態(tài)下具有良好的室溫塑性，因而具有良好的冷熱加工性能，可以進(jìn)行航空航天鈑金產(chǎn)品的加工。合金主要β穩(wěn)定元素為高熔點(diǎn)的鉬和鈮，使合金具有良好的抗氧化性能，可制造長(zhǎng)時(shí)間用于500℃高溫環(huán)境下服役的零部件。目前，美國(guó)已經(jīng)使用β21s鈦合金板材制造波音777飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)吊艙部件以及航天飛機(jī)用鈦基復(fù)合材料高溫部件等，但是針對(duì)其板材成形的固溶處理制度以及零件使用狀態(tài)的時(shí)效制度尚未見報(bào)道。
鑒于此，科研人員研究了不同固溶溫度對(duì)β21s鈦合金板材顯微組織和室溫力學(xué)性能的影響規(guī)律，同時(shí)選定不同時(shí)效溫度，研究了時(shí)效溫度對(duì)β21s鈦合金板材室溫及高溫力學(xué)性能的影響。
將精選一級(jí)海綿鈦、鋁豆、鋁鈮中間合金、鈦鉬中間合金等原材料均勻混合后壓制并焊接成自耗電極，在1000kg真空自耗電弧爐上經(jīng)過(guò)3次熔煉生產(chǎn)出β21s鈦合金成品鑄錠，鑄錠化學(xué)成分符合美國(guó)ASTMB265標(biāo)準(zhǔn)要求。鑄錠選擇在β相區(qū)加熱開坯，然后在（α+β）相區(qū)加熱鍛造成60mm×400mm×600mm規(guī)格板坯，再在（α+β）相區(qū)加熱將其熱軋為6mm厚度的板坯，最后冷軋為2mm厚度的板材，酸洗清理表面后進(jìn)行試驗(yàn)。研究選定了4種固溶溫度（800、815、830、845℃×10min，空冷）和3種時(shí)效溫度（550、600、680℃×8h，空冷）進(jìn)行試驗(yàn)，以研究固溶溫度和時(shí)效溫度對(duì)β21s鈦合金板材顯微組織與力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如下：
（1）β21s鈦合金板材高溫固溶時(shí)，隨固溶溫度升高，合金固溶態(tài)強(qiáng)度降低、塑性提高。
（2）β21s鈦合金板材固溶＋時(shí)效態(tài)力學(xué)性能與其時(shí)效溫度的選擇有很大關(guān)系。隨著時(shí)效溫度的升高，合金時(shí)效態(tài)強(qiáng)度降低、塑性提高。
（3）β21s鈦合金板材在845℃固溶后，可獲得理想的室溫加工塑性，經(jīng)600℃時(shí)效后，其室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)1200MPa以上、伸長(zhǎng)率保持在10%以上，同時(shí)其500℃高溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)700MPa以上。