高温钛合金具有优异的热强性、低的密度和良好的耐蚀性能,被广泛应用于航空发动机中。目前,高温钛合金使用温度已经达到600℃,由于受到合金热稳定性和蠕变性能的限制,继续提高使用温度变得十分困难,通过添加稀土元素改善合金性能成为高温钛合金发展的趋势。本文设计了含稀土Nd的新型600℃高温钛合金,并对合金不同状态下的显微组织、析出相(α2相和硅化物)的析出行为和与之实际应用密切相关的热稳定性、蠕变性能等力学行为及其微观机理进行了研究。　　 根据600℃高温钛合金的发展趋势以及合金当量设计准则,设计了三种高温钛合金(分别命名为1＃、2＃、3#)。名义成分为Ti-6.2Al-2.5Sn-4Zr-0.3Mo-1Nb-0.35Si-xNd(x=0,0.4,0.8)(wt％),为近α型钛合金。新合金具有较高含量的α稳定元素,主要以α固溶强化为主,Al当量为8.7％;在β稳定元素方面采用Mo和Nb两种β稳定元素代替传统高温钛合金中单一的Mo元素,使合金具有较高的固溶强化水平和高温抗氧化能力:另外,稀土Nd在合金中发挥了细晶强化和吸氧净化基体作用,完善了合金的热强性。　　 三种合金铸态均为典型的层片状组织,片层宽度在10μm以内。随着合金中稀土Nd含量的增加,铸态组织的晶粒尺寸明显减小;Nd在合金中以主要含有O、Nd、Sn三种元素的复杂化合物存在,并以颗粒形式弥散分布在合金基体中。经过β相区开坯两相区精锻后,2#合金组织较为均一,而1群和3群合金均出现了两种不同的组织形貌,这是由于合金终锻温度不同造成的。三种合金热处理状态下的组织较大程度的遗传了锻后的组织特征。　　 三种合金在1000℃/1h,AC+700℃/2h,AC固溶时效状态下均析出了硅化物颗粒,呈球状或椭球状,直径不到0.5μm,主要分布在α/β界面上,在某些α基体上也有硅化物颗粒析出。在α相中均没有α2相析出,说明在700℃时,α2相可溶解。在600℃/100h热暴露后硅化物析出量增大,且有长大趋势。其中2#合金硅化物析出较为均匀,这是由2#合金细小均匀的组织形貌决定的。600℃为α2相析出的最佳动力学温度,细小的α2相在暗场相下呈颗粒状,直径在10nm左右,均匀的嵌在α基体中。　　 含有稀土Nd的2#和3#合金具有较1#合金更高的室温及600℃瞬时拉伸强度,但3#合金的强度并没有明显高于2#合金,这是由稀土相在基体中强化和软化的强弱来决定的。热暴露后三种合金强度升高,塑性下降,1#合金塑性下降幅度最大。影响三种合金塑性下降的因素有α2相析出、硅化物析出、表面氧化等。塑性下降程度不同则在于三个合金初始组织的差异和稀土Nd相净化合金基体带来的影响。　　 具有片层组织的1#合金比等轴组织的3#合金具有较高的蠕变抗力和较低的稳态蠕变速率。蠕变过程中析出的硅化物和α2相综合作用提高了1#合金的蠕变抗力,其蠕变变形是由界面和位错的运动主导的;具有等轴组织的3#合金的蠕变变形则以晶界滑动为主。蠕变后两种合金的晶粒取向变化一致,均向[0001]转移。