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TA15钛合金(名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)是一种高铝当量的近α合金,兼具α型和(α+β)型钛合金的优点,被广泛应用于制造发动机零件和飞机机身承力构件。为了满足航空结构件对钛合金性能的更高要求,除优化热变形工艺外,微调合金成分是一种经济而高效的途径。Fe是结构钛合金中常用的强化元素,本文对比研究了人为添加0.2wt.%Fe元素(TA15-Fe)及未人为添加Fe元素(TA15)的两种钛合金的力学性能,为进一步优化该合金的力学性能提供了依据。研究了少量Fe元素对合金显微组织和拉伸性能的影响。研究结果表明,0.2wt.%Fe含量对合金显微组织形貌影响较小。TA15-Fe合金的屈服和抗拉强度较TA15合金均提高10～15MPa,然而延伸度和断面收缩率基本相同。这是由于添加少量Fe元素对TA15-Fe合金产生了明显的固溶强化作用。TA15-Fe合金的塑性没有下降的原因有待进一步研究。另外,0.2wt.%Fe含量对合金的冲击性能影响不大,两种合金的冲击功和冲击韧度值均相近。研究了少量Fe元素对合金持久、蠕变性能的影响。研究结果表明,TA15-Fe合金500℃时的持久寿命低于TA15合金,这与Fe元素提高原子扩散速率,加快了持久过程中的塑性变形有关。少量Fe元素对合金抗蠕变能力的影响则与温度相关:250～500℃范围内,Fe元素降低了合金抗蠕变能力,而在室温～250℃范围内,Fe作用相反。分析可知,高温条件下Fe能够显著提高原子扩散,加速位错运动,从而促进蠕变变形;低温条件下扩散作用很弱,Fe作为固溶强化元素,阻碍了位错的运动,从而减缓蠕变变形速率。进一步分析发现,200～400℃范围内两种合金的蠕变应力指数在4.0～6.4之间,蠕变机制属于位错攀移机制,然而计算得到的蠕变激活能明显低于Ti的自扩散激活能,表明该温度范围内的蠕变机制与已知位错攀移机制存在差异。此外还研究了少量Fe元素对TC4钛合金蠕变性能的影响,与TA15钛合金的研究结论一致,进一步验证了不同温度条件下少量Fe元素对钛合金蠕变性能的影响规律。研究了少量Fe元素对合金断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能的影响。研究结果表明,0.2wt.%Fe含量对合金的断裂韧性影响较小,两种合金的室温、高温断裂韧度值相近。另外,两种合金室温、200℃时的疲劳裂纹扩展速率基本相同,而500℃条件下,TA15-Fe合金的裂纹扩展速率高于TA15合金,尤其是在应力比为0.5的情况下。分析可知,500℃条件下,Fe能够加快原子扩散,降低裂纹扩展过程中的阻力,从而加速裂纹尖端的扩展;而室温、200℃条件下,原子扩散运动缓慢,Fe元素的作用消失。