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本文利用水冷铜坩埚非自耗电弧炉制备BT20-C、BT20-B、BT20-Y、BT20-C-Y以及BT20-B-Y钛合金，采用多种热处理工艺对合金进行高温热处理，使用OM、SEM、电子万能实验机等，研究热处理对C、B与Y细化的BT20钛合金组织以及力学性能的影响，得到合适的热处理工艺。组织分析显示：C、B与Y细化的BT20合金中析出的TiC、TiB与Y2O3在热处理过程中的演变行为是完全不同的：β处理后，TiC发生粒化且可固溶到合金中，TiB不发生变化，Y2O3重新析出，其形貌主要为等轴形态。从β相区空冷后，尽管添加的合金化元素不同，但BT20钛合金的组织均为具有网篮特征的片层组织，且α片层的尺寸不随合金化元素含量而变化；炉冷后，加C和加B的合金组织中α相演变为等轴形貌。TiC和TiB对α相等轴化起到主导作用，加Y的合金中α相仍未片层形貌，且片层尺寸随Y含量的增加而细化。从α+β两相区空冷后，合金组织由初生α相和转变的β相构成，初生α相的特征受合金化元素和热处理温度的影响。炉冷后，α相主要呈片层形态。C与Y或者B与Y混合添加后，合金组织的演变行为分别与单一加C或B的相似。合金热处理性能研究表明：从β相区空冷或炉冷后，BT20-0.4-C、BT20-0.1B以及BT20-0.2Y均具有良好的综合力学性能。炉冷后，C含量为0.4%时，合金的抗压强度，屈服强度和压缩率分别达到1576MPa、1003.5MPa和19.37%。热处理后，C合金化的BT20合金比B或Y合金化的具有更高的力学性能。Y对BT20-0.4C和BT20-0.1B合金压缩性能和维氏硬度的影响规律与Y对BT20合金的影响比较相似。β处理后合金的综合性能优于α+β处理的，并且炉冷处理后合金的综合性能优于空冷处理的。