随着新型高速飞行器的发展,对材料的性能提出了更高的要求,短时高温钛合金的研究由此展开。目前,短时高温钛合金的成分设计主要集中在调整β稳定元素的种类和含量上,Fe是一种常见的β稳定元素,尽管其对蠕变性能的不利影响,限制了其在长时高温钛合金中的使用,但短时高温钛合金对长时蠕变性能没有要求,因此系统研究Fe对短时高温钛合金组织性能的影响规律,对于短时高温钛合金的发展具有重要意义。本文在课题组前期研究的基础上设计了Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-1.5Mo-2Nb-xFe-0.2Si(x=0/0.25/0.5)系高温钛合金,系统研究了 Fe 元素含量和热处理工艺对其组织和室温、650～700℃力学性能的影响,并探索了 Fe的加入对合金变形及断裂行为的影响。主要结论如下:经过(Tβ-20)℃/2h/AC退火处理后,合金获得双态组织,随着Fe元素含量的升高,合金的显微组织没有明显改变,但残余β相含量有所升高,改善了合金的室温塑性。高温下,合金的强度下降,塑性提高,且随着拉伸温度的提高,Fe对合金强度的降低作用越来越明显。室温拉伸时,Fe的加入降低了其中位错的缠结程度,减弱了加工硬化效果。在650℃拉伸过程中,合金发生了动态回复和动态再结晶,并析出了α2相,随着Fe元素含量增加,αp相中析出的α2相尺寸增大,降低了 α2相的强化效果。原位拉伸研究表明,650℃时断裂模式由OFe和0.25Fe合金的沿晶和穿晶复合断裂转变为0.5Fe的沿晶断裂。单级退火处理时,退火温度和冷却速度影响合金的组织和性能。0.5Fe合金在β转变温度以下(950～990℃)单级退火获得双态组织,且随着退火温度的升高,αp相体积分数下降,αs片层厚度和α集束宽度增加,此时αp相含量达到或超过30%,合金的室温拉伸变形协调性好,延伸率和断面收缩率分别超过20%和50%。退火温度继续升高,合金中β晶粒长大,α集束宽度和α3厚度明显增大,αp相体积分数快速下降,当退火温度高于β转变温度(1040℃)时,αp相完全消失,合金获得魏氏组织,合金的室温和高温强度升高,塑性显著下降。随着冷却速度的提高,合金中αs含量减少尺寸减小,其中空冷获得的片层状αs可以使合金具有最好的性能匹配。